近代物理实验 实验报告

《近代物理实验 实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级：材物二班姓名：焦方宇同组者：杜圣教师：周丽霞光泵磁共振【实验目的】1.观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构的理解2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场【实验原理】1．Rb原子基态及最低激发态的能级在第一激发能级5P与基态5S之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。到的跃迁产生的谱线为D1线，波长是794nm；到的跃迁产生的谱线为D2线，波长是780nm。在核自旋I=0时，原子的价电子L-S耦合后总角动量

2、PJ与原子总磁矩μJ的关系μJ=-gJe2（1）（2）I≠0时，对，I=3/2；对，I=5/2。总角动量F=I+J,…,I-J。基态F有两个值：F=2及F=1；基态有F=3及F=2。由F量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量与总磁矩之间的关系为：μF=-gFe2mPF（3）（4）在磁场中原子的超精细结构能级产生塞曼分裂，磁量子数＝F,F-1,…,-F，裂成2F＋1个能量间隔基本相等的塞曼子能级。在弱磁场条件下，通过解Rb原子定态薛定锷方程可得能量本征值为（5）由（5）式可得基态的两个超精细能级之间的能量差为（6）相邻塞曼子

3、能级之间（Δ＝±1）的能量差为（7）2.圆偏振光对Rb原子的激发与光抽运效应电子在原子能级间发生跃迁时，需要满足总能量和总角动量守恒。一定频率的光可引起能量差为原子能级之间的跃迁（能量守恒）。而当入射光是左旋圆偏振光（角动量为）时，量子力学给出的跃迁定则为（角动量守恒）。的态及态的磁量子数最大值都是+2，当入射光是时，由于只能产生Δ=+1的跃迁，基态＝+2子能级的粒子不能跃迁，当原子经历无辐射跃迁过程从回到时，粒子返回到基态各子能级的概率相等，这样经过若干循环之后，基态＝+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

4、＝+2的子能级上，这就是光抽运效应。2.弛豫过程在热平衡状态下，基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布（8）由于各子能级能量差极小，可近似认为各能级上的粒子数相等。光抽运使能级之间的粒子数之差大大增加，使系统远远偏离热平衡分布状态。系统由偏离热平衡分布状态趋向热平衡分布状态的过程称为弛豫过程。本实验涉及的几个主要弛豫过程有以下几种：1、铷原子与容器器壁的碰撞：导致子能级之间的跃迁，使原子恢复到热平衡分布。2、铷原子之间的碰撞：导致自旋-自旋交换弛豫，失去偏极化。3、铷原子与缓冲气体的碰撞：缓冲气体的分子磁矩很小，对原子的偏极化基本没

5、影响。3.塞曼子能级间的磁共振垂直于B0的方向所加一圆频率为的射频场，当满足共振条件（9）时，塞曼子能级之间将发生磁共振。抽运到基态子能级上的大量粒子，由于射频场的作用产生感应跃迁，即由跃迁到。同时由于光抽运的存在，处于子能级上的粒子又将被抽运到子能级上，感应跃迁与光抽运将达到一个新的平衡。在发生磁共振时，由于子能级上的粒子数比未共振时多，因此对光的吸收增大。4.光探测射到样品泡上线的光一方面起到光抽运作用，另一方面透过样品的光又可以兼作探测光。测量透过样品的光强的变化即可得到磁共振的信号，实现了磁共振的光探测，巧妙地将一个低频射频

6、光子（1―10MHz）转换为一个光频光子（MHz）,使信号功率提高了7－8个数量级。【实验仪器】本实验系统由主体单元、主电源、辅助源、射频信号发生器及示波器五部分组成，见图1.主电源射频信号发生器辅助源主体单元示波器图1光磁共振实验装置方框图图2主体单元示意图主体如图2所示。光源采用高频无极放电Rb灯，其优点是稳定性好，噪音小，光强大。由于D2线的存在不利于D2线的光抽运，故用透过率大于60%，带宽小于15nm的干涉滤光片就能很好地滤去D2线。用高碘硫酸奎宁偏振片和40微米左右的云母1/4波片可产生左旋偏振光б+，透镜L1可将光源发

7、出的光变为平行光，透镜L2将透过样品泡的平行光汇聚到光电接收器上。【实验内容】1．观测光抽运信号：1）将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小，射频信号发生器“幅度调节”调至最小，接通主电源开关和池温开关，约30分钟后，灯温、池温指示灯点亮。2)调节“水平场”旋钮，调节水平磁场线圈电流的大小在0.20A以下，将指南针置于吸收池上边，判断水平磁场和地磁场的方向关系，改变水平场的方向，使水平场方向与地磁场水平方向相反，然后将指南针拿开，并且将水平磁场线圈电流调至最小。3）扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。再将指南针置于吸收池

8、上边，改变扫场的方向，设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反，然后将指南针拿开。4）预置垂直场电流为0.07A，用来抵消地磁场垂直分量，然后调节扫场幅度，使光抽运信号幅度等高。2．观测光磁共振信号1）扫场方式选择“三角波”，幅度保持1状