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文档简介

1、近代物理实验近代物理实验6-36-3光泵光泵磁共振磁共振 光泵磁共振是光抽运和磁共振结合在一起的物理过程，与传统的光谱技术相比具有更高的分辨率和灵敏度，且克服了核磁共振中的一些限制因素，在研究原子结构、磁场精确测量、激光技术等领域有着广泛应用。 本实验通过光抽运下的磁共振测量过程，学习观察原子与辐射场相互作用过程中的量子跃迁。1. 1.光抽运原理光抽运原理铷(Z=37)是一价金属元素，有两种同位素，基态都是52S1/2，最低激发态是52P1/2和52P3/2 ， 87Rb能级图如下：在D1 +照射下，由52S1/2到52P1/2跃迁情况如图：a 为基态吸收跃迁 b 为激发态自发辐射由吸收跃迁选

2、择定则 L=+1, F= 1,0, mF=+1， 52S1/2态的mF=+2能级粒子不能跃迁；由自发辐射选择定则 L= -1, F= 0, 1, mF= 1 ，跃迁后的粒子可以退回基态的mF=+2能级。结果是将原子不断“抽运”到52S1/2的mF=+2能级，造成各能级粒子分布不均，称为偏极化。2. 2.弛豫过程弛豫过程 光抽运造成大的粒子数差，使系统处于非热平衡状态。使系统趋向于热平衡分布的过程即弛豫。实验中主要有以下过程： a.铷原子与器壁碰撞导致子能级间的跃迁 b.铷原子之间碰撞导致自旋自旋交换弛豫 c.铷原子与缓冲气体间的碰撞 a、b过程会使系统失去偏极化，且铷原子与器壁碰撞是失去偏极化

3、的主要原因，而c过程对偏极化基本无影响，故在样品泡中冲入缓冲气体，大大减少了铷原子与器壁碰撞的机会，可以保持高度偏极化。3. 3.磁共振原理磁共振原理4. 4.光磁共振光磁共振塞曼能级差： E=gF BB在垂直于B的方向加一射频线偏振场，左旋圆偏振场与原子磁矩进动方向一致，调节射频场频率与拉莫尔角频率相等，发生吸收或感应跃迁： =E=gFBB通过光抽运造成能级间显著的粒子数差，满足磁共振条件时，发生感应跃迁。测量D1 +光强的变化可得磁共振信号。光泵磁共振实验装置光泵磁共振实验装置全套实验装置方框图全套实验装置方框图1. 1.观察光抽运信号观察光抽运信号使扫场线圈的方形波磁场与H地垂直相反，调节H水平及H垂直为零，旋转起偏镜，观察到部分光被吸收的信号。调节起偏镜透振方向和H垂直的大小，使吸收信号达到最强，此时H垂直与H地垂直刚好抵消。2. 2.测量测量8787RbRb的的g gF F值值h =gF BBa.b.消除地磁场影响：3. 3.测量地磁场测量地磁场利用上一步中的关系式和已知的gF值，求出水平分量，与第一步中的垂直分量叠加得到地磁场。4. 4.测量共振信号线宽测量共振信号线宽调节射频频率，使共振信号平移，频率改变量与平移量有以下关系：5. 5.测量抽运时间和弛豫时间测量抽运时间和弛豫时间T1为抽运时间，T2为弛豫时间选三角波扫场，调节磁场大小和方向，使光抽

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