陈孝章光磁共振实验报告

《陈孝章光磁共振实验报告》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、光磁共振实验报告陈孝章物理091班09180120【摘要】本实验在加深对原子超精细结构的理解的基础上，掌握观测光抽运效应的条件和方法，观察和测量共振信号的扫场法，超精细结构的理解，掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法，学会使用DH807A型光磁共振实验装置来观察光抽运信号，进而测定御原子两个同位素Rb*7或R申的超精细结构塞曼了能级的朗德g因子的测量。【关键词】光磁共振精细结构基态跃迁热平衡弛豫塞曼能级【引言】光磁共振又叫光泵磁共振，其基本思想是利用光泵抽运方法来研究气态原子基态及激发态精细结构和超精细结构塞曼能级之间的磁共振，rti于气态样品的浓度比液态和

2、固态样品的浓度低几个数量级，能级间的共振型号非常微弱，所以一般的磁共振技术很难达到测量要求。光磁共振采用了光探测方法，由于光量子能量是射频量子能量的1000000-10000000倍，因此此方法大大提高了磁共振的探测灵敏度。由于光磁共振的应用价值，Kastler获得了1966年的诺贝尔奖。【正文】一.光抽运效应在热平衡下，钏原子各个子能级上的例子数都遵从波尔兹曼分布,由于各塞曼能级的能量差非常小，各能级上的粒子数近似相等。为了使系统由热平衡状态向非热平衡状态转变,A.Kaslter引入了光抽运方法，用园偏振激发御院子，使塞曼能级间的粒子差数比波尔兹曼分布形成

3、的粒子数差大几个数量级,造成御原子的偏极化。J=1/25%1DiJ=1/25话沁F=3F=ITF=0F=20818.6MHz•h一2尸=4一-1T0+1O2十2F=2一26834,683MHz:h精细结构陽精绷塞曼分裂结构(a)a7Rb5/2J=3/25?Pl々mE十3+2十I0-1一2F=3F-2O362JMHz-hD2J=V2+3+2+10精细结构3035.733MHz-h+1+2塞曼分裂图,4・L師原子的能级结构示意图上图是处在磁场中的御原子能级示意图。一.弛豫过程光抽运使得原子系统能级分布偏极化而处于非平衡状态时，将全通过弛缘过程回复到热平衡分布状态

4、。弛豫过程的机制比较复杂，但在光抽运的情况下，御原了与容器壁碰撞是失去偏极化的主要原因。通常在御样品泡内充入氮、氛等作为缓冲气体，其密度比样品泡中御蒸气的原子密度约大6个数量级，可大大减少挪原子与容器壁碰撞的机会。缓冲气体的分子磁矩非常小，可认为它们与钏原子碰撞时不影响这些原子在磁能级上的分布，从而能保持御原子系统有较高的偏极化程度。但缓冲气体不可能使御原子能级之间的跃迁完全被抑制，故光抽运也就不可能把基态上的原子全部“抽运”到特定的子能级上。由实验得知.样品泡中充入缓冲气体后，弛豫时间为10-2s数量级。在一般情况下，光抽运造成塞曼子能级之间的粒子差数，比

5、玻耳兹曼分布造成的差数大儿个数量级。作用在样品上的Dio+光，一方面起抽运作用。另一方面可用透过样品的光作为检测光，即一束光起了抽运和检测两重作用。对磁共振信号进行光检测可大大提高检测的灵敏度。本來塞曼子能级的磁共振信号非常微弱，特别是密度很低的气体样品的信号就更加微弱，直接观察射频共振信号是很困难的。光检测充分利用磁共振时伴随着Dio+光强的变化，可巧妙地将一个频率较低的射频量子（1〜10MHz）转换成一个频率很高的光频量子（约108MHz）的变化，使观察信号的功率提高了7〜8个数量级。这样，气体样品的微弱磁共振信号的观测，便可用很简便的光检测方法来实现。

6、一.实验装置DH807A光磁共振实验装置是根据高等院近代物理实验教学大纲的要求而研制的一套实验装置，可使学生了解到光学，电磁学及无线电电子学等方面的知识；能煩性或定量地了解到原子内部的很多信息。它是典型的波谱教学实验之一。光磁共振实验中使用了光泵及光电探测技术，其灵敏度比一般磁共振沉没技术咼几个数量级。这一方法在基础物理学的研究，磁场的精确测量以及原子频奈技术等方面有广泛应用。本实验总体系统由光泵磁共振实验仪主体单元、辅助源、射频信号发生器及示波器四部分组成。II彳京二打场伯号光电探测信号示波器四•实验内容1/4波片十涉浊光片亥姐崔祕线樹1、观察光抽运信号。

7、在以下情况下观察分析光抽运信号：1）水平，垂直磁场为零时，扫场方向和水平地磁场方向相同或相反2）扫场方向和地磁场水平分量相同时，改变水平磁场和垂直磁场的方向和大小3）扫场方向和地磁场水平分量方向相反时，改变垂直磁场利水半磁场方向和大小2•测量G因子扫场方式选择“三角波”，将扫场方向与地磁场水平分量方向和水平磁场方向相同。调节射频信号发生器频率，可以观察到共振信号,读出频率岭及对应的水平电流I。再时水平场方向与地磁场方向分量和扫场方向相反。仍用上述方法，读出频率5。这样，水平磁场所对应的频率为“=（岭+7）/2,排除了地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。水平磁

8、场的数值可从水平场电流及水平劾姆霍兹线圈的参数来确定