光泵磁共振.doc

中国石油大学近代物理实验实验报告成绩:班级:姓名:同组者:教师:光泵磁共振【实验目的】,加深对原子超精细结构的理解。,测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。。【实验原理】:87Rb,85Rb。基态轨道量子数L=0,自旋量子数S=1/2,总角动量量子数J=1/2,它们的基态都是52S1/2。在LS耦合下,铷原子的最低激发态仅由价电子的激发所形成,其轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2,因而最低激发态形成双重态:52P1/2和52P3/2。(B7-1)式中是光的频率,是初、终态的能量差。此外,原子在能级间的跃迁还要满足选择定则;;其中光为电场矢量绕磁场方向左旋的圆偏振光,光为电场矢量绕磁场方向右旋的圆图B7-187Rb原子对D1σ+光的吸收和退激跃迁偏振光,为电场矢量与磁场方向平行的线偏振光。实验中,对铷光源进行滤光和变换,只让D1光通过并照射到产生塞曼分裂的铷原子蒸气上,铷原子将对D1光产生吸收而发生能级间的跃迁。以87Rb为例说明一下磁场环境中原子对D1光的吸收跃迁,如图B7-1所示。退激跃迁中有一部分原子的状态成为5S能级中的MF=+2态,而这一部分原子是不会吸收光再跃迁到5P去的,那些回到其它7个子能级的原子都可以再吸收光重新跃迁到5P能级。当光连续照着,跃迁5S5P5S5P…这样的过程就会持续下去,5S态中MF=+2子能级上的原子数就会越积越多,其余7个子能级上的原子数越来越少,相应地,对D1光的吸收越来越弱,最后,差不多所有的原子都跃迁到了5S态的MF=+2的子能级上,其余7个子能级上的原子数少到以至于没有几率吸收光,此时透过87Rb蒸汽的光强达到最大。,使系统远远偏离热平衡状态,造成偏极化。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。,如果在垂直于静磁场B和垂直于光传播方向上加一s射频振荡的旋转磁场,并调节射频频率ν,使之满足(B7-2)塞曼子能级之间将会发生磁共振(跃迁选择定则为)。以87Rb为例,在射频场的扰动下,处于MF=+2子能级上的原子会跃迁到MF=+1的子能级,MF=+1能级上的原子会跃迁到MF=0子能级,MF=0能级上的原子会跃迁到MF=–1子能级,…。如此下去,铷原子在5S态的5个塞曼子能级又达到几乎均匀分布。由于D1光持续照射,因而光吸收过程重又开始,透过恒温槽的光强又降低。跃迁到5P态的原子又会发生退激跃迁而回到5S态。由于此时MF=+2子能级上的原子不能久留,所以,光跃迁不会造成新的偏极化。-2“光抽运”信号与弛豫过程照射到样品上的D1光一方面起到光抽运作用,另一方面实验中探测的是透过恒温槽的光强,这样入射到恒温槽上的光起到了光抽运与光探测两个作用。当发生光抽运和光泵磁共振时,伴随有铷原子对D1光吸收的变化,因此透过样品的D1光的光强发生变化,这样探测透过恒温槽的光强可得到光抽运信号和光泵磁共振信号,这就实现了光泵磁共振的光探测。,扫场方