光泵磁共振测地磁场垂直分量的改进方法

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1、万方数据第25卷第6期2007年11月物理测试PhysicsExaminationandTestingV01．25，No．6Nov．2007光泵磁共振测地磁场垂直分量的改进方法吴克跃(皖西学院数理系，安徽六安237012)摘要：文章根据垂直方向磁场对光泵磁共振信号的影响，来测定地球磁场的垂直分量的大小。关键词：光泵磁共振；垂直线圈磁场；地磁场垂直分量中图分类号：0482．53文献标识码：A文章编号：1001一0777(2007)05一0043一02ImproVement0n】ⅥeasurementofPerpendicularTerr

2、estrialMagneticFieldUsingopticalMagneticResonanceWUKe—yue(DepartmentofMathematic＆Physics，WestAnhuiUniversity，Lu，an237012，Anhui，China)Abstract：Accordingtotheinfluenceoftheperpendiculardirectionmagneticfieldupontheopticalmagneticreso—nancesignal，theperpendicularterrestria

3、lmagneticfieldaremeasured．Keywords：opticalmagneticresomnce；perpendicularterrestrialH1agneticfield；nlagneticfiddinperperldicularcoil．在光泵磁实验中测地磁场垂直分量的常规方法是调节垂直磁场线圈电流的大小，使光抽运信号幅度最强，这时垂直磁场线圈所产生的磁场的大小就等于地磁场垂直分量的大小。然而，在实验中，观察光抽运信号幅度时存在一定的误差。笔者采用磁共振信号随垂直方向磁场变化的方法来测地磁场垂直分量的大小。1

4、实验原理铷(Rb)原子的基态能级是52S。／2，最低激发态能级是52P，，。双重态，是由电子的轨道量子数和自旋量子数耦合产生。样品泡中的铷原子能级在水平场的作用下产生塞曼分裂，铷光灯产生的D。盯+圆偏振光使铷原子能级52S，／：上的MF一+2子能级上粒子数发生偏极化，在射频场(对应能量为^可)的作用下，满足矗u—g，船B。时，塞曼子能级问产生共振跃迁，铷气对D，盯+光的吸收增加，通过光检测系统可观察到吸收峰，就是共振信号[1]。2实验实验主仪器为DH807型光泵磁共振实验仪，配用仪器有YB4328型(20MHz)示波器、F40型数字合

5、成函数信号发生器／计数器。示波器用来观测光抽运和磁共振信号，函数发生器提供射频电源(采用正弦波)。使水平场方向、扫场方向和地磁场水平分量方向一致(水平磁场的大小由以上3个场迭加决定)，扫场(三角波)信号幅度调到o。4V(峰一峰值)。为获得磁共振信号，实验时，采取两种方法：①水平磁场线圈的电流分别调到50nA、100mA。并在它们的作用下铷原子能级产生产生塞曼分裂，此时加上射频场，并调节其频率为500kHz、600kHz、700kHz；②射频磁场的频率固定在700kHz，调节水平磁场电流为50mA、60nA、70mA、80nA、90mA

6、、100mA。最后调节垂直磁场线圈电流的大小，并可分别观察到磁共振信号。为测量地磁场垂直分量的大小，改变垂直磁场线圈的电流方向，再调节其电流大小，相对应找出磁共振信号，此测量数据见表1和表2。3结果与分析由于垂直磁场的大小和方向对光泵磁共振信号有影响，图1是垂直磁场不同方向产生磁共振的示意图。要使这两种情况产生相同的磁共振信号，必须使B的大小相同且和B／／的夹角的大小也相同。其中，BDcI和B矗l为垂直磁场，B。为地球磁场的垂直分量，B／／和Bj／为水平磁场，B和B’为合磁场。作者简介：吴克跃(1979一)，男，硕士生；E．mail：

7、wukeyue@sina．com；修订日期：2007一01—17万方数据44物理测试第25卷表1不同射频频率所对应的垂直磁场线圈电流Table1Currentinpe叩endicularmag眦ticfiemcoil∞rresponmngtodifferentRF表2垂直磁场线圈电流与水平磁场线圈电流的关系ThMe2Depend蛐ceofcmTentinp盯pendjclllarmagneHcfieldcojl蚰thecu删ltjn删l脚JeJma掣抡tjcfieJdcoiJ(a)垂直磁场方向和地球磁场垂直分量方向相反；(b)垂直磁场

8、方向和地球磁场垂直分量方向相同图1垂直磁场不同方向时，产生相同磁共振信号示意图F蟾．1Schematicofsignalformagneticr姻onanceunderdifferentdirectionofmagnet