铷原子光泵磁共振实验报告.pdfVIP

光泵磁共振实验报告 摘要 本实验主要研究铷原子的光抽运和磁共振现象，通过观察光抽运信号及共振信号，分析光泵磁共振 85 87 g 的原理及信号出现条件。分别计算了 Rb 和 Rb 基态下的朗德因子 。并在此基础上，测量了地磁场 F 的水平分量和垂直分量，得到了地磁场倾角。 关键词 塞曼子能级；光抽运；磁共振；朗德因子 一 引言 光泵，也称光抽运，是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级及塞曼子能级间粒子数的非平衡分 布的实验方法。光泵磁共振技术于1955年由法国科学家卡斯特勒发明，它是将光抽运技术和射频或微波磁 共振技术相结合的一种实验技术，这种技术最早实现了粒子数反转。 气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱，普通方法很难探测。本实验利用光泵磁共振方法克服 了磁共振信号弱的特点，将探测灵敏度提高了七八个数量级，能在弱磁场下精确检测原子能级的超精细结 构。本实验研究Rb原子的光泵磁共振现象，天然Rb有两种同位素：85 Rb （丰度为72.15%）、87 Rb （丰度 为27.85%）。 二 实验原理 2.1 铷原子基态及最低激发态能级 Rb 是碱金属原子，原子序数为47，最外层有一个价电子，位于5s 能级上，因此Rb 原子的轨道角动 量量子数L=0，自旋角动量量子数S=1/2。经过轨道角动量与自旋角动量间的L-S 耦合后，其总角动量量 子数为J | L S |, ,L S 。因此Rb 原子的基态：L 0,S 1/ 2，J 1/ 2 ，记作 2 。离基态最 5 S 1/ 2 近的激发态是5p，其L 1,S 1/ 2，J 1/ 2或3/ 2 ，所以第一激发态为双重态，记为 2 2 。 5 P 和5 P 1/ 2 3/ 2 上面并没有考虑核自旋，由量子数J 标定的能级称为原子的精细结构能级。在核自旋I 0 时，原子 P  的价电子L-S 耦合后总角动量 与原子总磁矩 的关系为： J J e  -g P J J J 2m e （1） J (J 1) L (L 1) S (S 1) g J 1 2J (J 1) I 0 时，原子总角动量还要考虑核的贡献。记核自旋角动量为 ，核磁矩为 ， 与 耦合成 ，