光泵磁共振实验报告1

PAGEPAGE1广东第二师范学院学生实验报告院（系）名称物理系班别11物理本四B姓名专业名称物理教育学号115506020实验课程名称近代物理实验实验项目名称光泵磁共振实验时间2014年5月6日实验地点物理楼实验室实验成绩指导老师签名内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得一.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。二、实验使用仪器与材料光泵磁共振实验装置主题单元与其辅助设备（辅助源、射频信号发生器、频率计、示波器）三、实验步骤（1）检查实验装置并调节好（2）观察光抽运信号用扫场的垂直信号抵消地磁场的垂直分量，让水平信号与地磁场的方向相反，这样可以使得加载铷原子上面的磁场B出现零点，随着加入方波信号周期性的变化，这样就可以反复出现光抽运现象，再通过光电池将光信号转化为电信号将信号输送至示波器，我们就可以观测到光抽运信号。（3）观察光泵磁共振信号打开信号发生器及频率计，观测射频频率为650Hz时的共振信号，在0—8A的电流范围内调节观察共振信号，特别注意在三角波谷和波峰处的共振信号，分析并解释这些现象，然后对水平场和扫场信号与地磁场水平方向的不同组合情况下测量四个共振信号所对应的水平场电流值，根据这些数值就可以算出铷原子的和地磁场四、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）（1）磁共振实验数值：水平场电流(A)同向频率ν1(kHz)反向频率ν2(kHz)85Rb85Rb0.24801.88257.470.20712.60173.950.18671.12127.64（2）北侧亥姆霍兹参数表项目名称水平场扫场垂直场线圈每边匝数N250250100线圈有效半径r0.2376m0.2420m0.1530m实验波形图：光抽运信号共振波形图（2）实验数据处理水平场电流(A)同向频率ν1(kHz)反向频率ν2(kHz)B(T)gF=h(ν1+ν2)/2μBBDCgF平均值85Rb85Rb85Rb85Rb85Rb0.24801.88257.472.26×10-40.3360.3360.20712.60173.951.88×10-40.3340.18671.12127.641.69×10-40.337计算过程（运用了水平恒定磁场换方向的方法）：直流磁场B可以通过读出两个并联线圈的电流之和I来计算（亥姆霍兹线圈公式）（T），，，式中N和ｒ是两个水平线圈的匝数和有效半径，Ｉ值是流过两个线圈的电流之和得：0.18A时：0.20A时：0.24A时：以水平场电流0.18A时数据为例，计算由公式可知0.18A时，对于85Rb：按照此种计算方法可得到表B4-3中不通电流下不同同位素的数值，分别取其平均值记住表中。由实验原理知理论值为则相对百分误差分别为：其百分误差小于5.0%，故在误差允许的范围内测量是准确的五、实验结果与分析本实验我们通过光泵磁共振的实验装置观察了铷原子的光抽运信号和光泵磁共振信号，并测量了其朗德因子与理论值相差不大，实验值为0.336理论值为0.333.六、实验心得本实验比较难的地方在于调节好实验装置通过本实验中我最大的收获就是学习到了利用光抽运效应来放大Rb塞满分裂结构的物理思想。这种方法非常巧妙，通过光子的作用将原本分散在各个能级上的粒子都集中到某一个特定的能级上。将原本不易观察的物理现象转化为易于观察的表象，值得我们学习并且应用到其他物理问题中其次我觉得本实验具有一定的难度干扰比较多，所以做本实验一定要注意光源的控制与实验室不可以有杂光干扰，并且耐心调节，可以大概先调电流再调频率达到共振。七．思考题1．找和观察光抽运信号时，一开始可能找不到光抽运信号，试分析有哪几种可能的原因。答：1）仪器未充分预热；2）可能是没有把水平磁场的方向调到与地磁场水平分量相反；3）电场电流设置不正确；4）没有加上遮光罩。2、铷原子塞曼子能级间的磁共振信号是什么方法检测的？如何区分磁共振信号是87Rb还是85Rb产生的？答：（1）通过光检测，因为是发生了光磁共振，检测磁共振信号跟检测光信号都是可以的，而光信号较射频信号功率提高了7~8个数量级，可以提高检测的灵敏度。（2）实验中通过操作发现，

要从一个单独的磁共振信号中判断这是85Rb还是87Rb的信号时很困难的，

但是当在一个连续变化的频率范围内出现两个或者更多的共振信号时，

便可以通过Rb的两个同位素的共振频率的比例关系来判断；

具体比例关系如下：

vF87/Bh=0.700*107kHz/T

vF85/Bh=0.467*107kHz/T3、验装置中为什么要用垂直磁场线圈抵消地磁场的垂直分量？不抵消会有什么不良后果？答：用垂直磁场线圈抵消地磁场的垂直分量是