资源描述：
《铷原子的光泵磁共振实验0》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、御原子的光泵磁共振实验摘要：利用光抽运效应研究钏原子超精细结构塞曼子能级的磁共振，测定金属御原子的朗德因子gF、地磁场强度及其倾角。关键词：光泵、光抽运、超精细结构、塞曼子能级、朗德因子、磁共振引言：气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱，利用磁共振的方法难于观察。本实验利用光泵磁共振方法既保持了磁共振分辨率高的优点，同时将探测灵敏度提高了十几个数量级，能在弱磁场下（0.1-1讥）精确检测气体原子能级的超精细结构。一、原理部分（一）御原子基态及最低激发态的能级脚原子基态为52S1/2,即电子的轨道量子数L=0,自旋量子数SJ/2,总角动量J=1/2O最低激
2、发态52P1/2及52P3/2是由L-S耦合产生的双重态，轨道量子数L二1,自旋量子S二1/2。52P1/2态J二1/2；52P3/2态＞3/2o在能级5P与5S之间产生的跃迁是御原子主线系的第一条线，为双线。52匕2到52S-的跃迁产生的谱线为D1线，波长是7948A；52P3/2到52SI/2的跃迁产生的谱线为D2线，波长是7800Ao核自旋I=0的原子的价电子L-S耦合后总角动量R与原子总磁矩必的关系为gj]IJ(J+1)-L(L+1)+S(S+1)2J(J+1)1H0时，8?Rb1=3/2,85Rb1=5/2。设核自旋角动量为R,核磁矩为必，R与R耦
3、合成丘，有Pf"i+Pj。耦合后的总量子数&I+J,…，II-JI。87Rb基态F有两个值，F二2及F二1；8'Rb基态有F二3及F二2。由F量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量Pf与总磁矩必忆间的关系为:nce6F(F+1)+J(J+1)—1(1+1)Sf_Sj2F(F+1)在磁场屮原子的超精细结构能级产生塞曼分裂（弱场时为反常塞曼效应），磁暈子数mF=F,F-1,…，-F,即分裂成2F+1个能量间隔基本相等的塞曼子能级，如图•所J-3/2耳’0的哈密顿量，H为微扰项，包括I与J耦在弱场中帥原子的能量算符是：H=H（）+H*raFmP（1）,式
4、中瓦）为考虑了L-S耦合作用F=2J=l/2合作用能及弱磁场B（）对总磁矩久的作52PU8I8.6MH1F-l"DiD27J=l/2：：2?。362.1MHx、T5p坯用能。取B。方向为z方向，有:精细结构DiD26834.683MH1一I6$F=1•〜1I超精细:Zeeman结构；分裂ou3035.733MH«、二坯【-LWI:ft产箱细Zeeman结枸结构：分裂H=z^P,-Pj+//FBo=6zhI-J+mFgp//BB0（2），式中“B为玻尔磁子，a为磁偶极相互作用常数。/A[IJ]=O「•"尹―3)图一解定态薛定铐方程，得能量本征值为:将(2)、
5、(3)代入(1),E=E。+罟[F(F+1)-J(J+1)-1(1+1)]+£卜.叫〃bB°由（4）式可得基态52S1/2的两个超精细能级之间的能量差为：=-［F，（F，+l）-F（F+1）］相邻塞曼子能级Z间（AIHf=±1）的能量差为：AEmF=gFABB0（二）圆偏振光对脚原子的激发与光抽运效应一定频率的光可引起原子能级之间的跃迁。这里起作用的是光的电场部分，微扰哈密顿量为HOP=-DE,式中D=er是电偶极矩；E是电场强度矢量。利用微扰哈密顿量可以计算能级之间的跃迁概率，并市跃迁概率得到光跃迁的选择定则。当入射光是左旋圆偏振的D］光，即Dp+吋，W：
6、△L=±1,AF=0,±1,AmP=+1。叫FF+2、■—+1一0•—-1——-2丿2、87Rb的52S1/2态及52Pi/2态的磁量子数niF最大值都是+2,当入射光是时，由于只能产生AmH=+1的跃迁，基态皿尸=+2子能级的粒子不能跃迁，如图二所示。当原子经历无辐射跃迁过程从52Pi/2回到52Si/2时，粒子返回到基态各子能图二+10-1+2=+io-i-2/01>-1/级的概率相等，这样经过若干循环之后，基态］“f=+2的子能级上的粒子数就会大大增加,即大量粒子被“抽运”到基态n"=+2的子能级上，这就是光抽运效应。各子能级上粒子数的这种远远偏离玻尔
7、兹曼分布的不均匀分布称为“偏极化”，光抽运的目的就是要造成偏极化，有了偏极化就可以在子能级Z间进行磁共振实验。右旋偏振光cT光有同样的作用，它将大量的粒子抽运到基态子能级niF二-2上。cr+与厂对光抽运有相反的作用。当入射光为等量k与混合的线偏振光时，御原子对光有强烈吸收，但无光抽运效应；当入射光为不等虽的与o■一混合的椭圆偏振光时，光抽运效应较圆偏振光小；当入射光为兀光吋，御原子对光有强烈吸收，但无光抽运效应。对^Rb有类似结论，不同之处是po■+及厂光分别将抽运到基态m尺二±3上。（三）弛豫过程F在热平衡状态下，基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布：
8、N二Noexp（-E）。各°EkT子能级能量差极小，
