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光泵磁共振.doc


文档分类:医学/心理学 | 页数:约9页 举报非法文档有奖
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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】 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】一. 铷原子基态和最低激发态的能级天然铷的同位素有两种: 87 Rb , 85 Rb 。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 5 2S 1/2 。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: 5 2P 1/2和5 2P 3/2。二. 圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应原子吸收光产生塞曼能级间的跃迁满足能量守恒关 Eh???( B7- 1) 式中?是光的频率, E?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 1???L ; 1 0 F ? ??, ;???????????) (入射光为) (入射光为) (入射光为???1 0 1 FM 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- 1 87 Rb 原子对 D 1σ+ 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D 1??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 D 1??光产生吸收而发生能级间的跃迁。以 87 Rb 为例说明一下磁场环境中原子对 D 1??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 M F =+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 5S? 5P? 5S? 5P?…这样的过程就会持续下去, 5S 态中 M F= +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 D 1??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 M F =+ 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 87 Rb 蒸汽的光强达到最大。三. 弛豫过程光抽运使能级之间的粒子数差大大增加,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。四. 光泵磁共振跃迁光抽运过程使铷原子造成偏极化后,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 BgEh BFM?????( B7- 2) 塞曼子能级之间将会发生磁共振(跃迁选择定则为 1 FM ? ??) 。以 87 Rb 为例,在射频场的扰动下,处于M F= +2 子能级上的原子会跃迁到 M F= +1 的子能级, M F= +1 能级上的原子会跃迁到 M F=0 子能级, M F=0 能级上的原子会跃迁到 M F=–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 D 1??光持续照射,因而光吸收过程重又开始,透过恒温槽的光

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  • 时间2017-01-24