光磁共振预习报告 骆宇哲【DOC精选】.doc

近代物理实验 题目 光 磁 共 振 学院 数理与信息工程学院 班级 物理071班 学号 姓名 骆宇哲 指导教师 斯剑宵 浙 江 师 范 大 学 预 习 报 告 实验名称 光磁共振 班 级 物理071 姓名 骆宇哲 学号 同 组 人 实验日期 10/04/15 室温 气温 光磁共振 摘 要：光磁共振(光泵磁共振)利用光抽运（Optical PumPing）效应来研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。研究的对象是碱金属原子铷（Rb），天然铷中含量大的同位素有两种：85Rb占72．15％，87Rb占27．85％。 气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱，用磁共振的方法难于观察。本实验应用光抽运、光探测的方法，既保持了磁共振分辨率高的优点，同时将探测灵敏度提高了几个以至十几个数量级。此方法一方面可用于基础物理研究，另一方面在量子频标、精确测定磁场等问题上都有很大的实际应用价值。 关键词：光磁共振 光抽运 塞曼能级分裂 超精细结构 引 言：光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。 光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。 　　 利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。 实验方案： 一、实验目的 加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。 测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子g。 二、实验原理 1.铷（Rb）原子基态及最低激发态的能级 实验研究的对象是铷的气态自由原子。铷是碱金属原子，在紧束缚的满壳层外只有一个电子。铷的价电子处于第五壳层，主量子数n=5。主量子数为n的电子，其轨道量子数L=0,1,……,n-1。基态的L=0, 最低激发态的L=1。电子还具有自旋，电子自旋量子数S=1/2。 由于电子的自旋与轨道运动的相互作用（既L—S耦合）而发生能级分裂，称为精细结构。电子轨道角动量与其自旋角动量的合成电子的总角动量。原子能级的精细结构用总角动量量子数J来标记，J=L+S，L+S-1，…，|L-S|.对于基态， L=O和S=1/2,因此Rb基态只有J=1/2。其标记为52。铷原子最低激发态是及。态的J=1/2， 态的J=3/2。5P于5S能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第1条线，为双线。它在铷灯光谱中强度是很大的。→跃迁产生波长为的谱线,→跃迁产生波长的谱线。 原子的价电子在LS耦合中，其总角动量与电子总磁矩的关系为： ( 是郎德因子，J是电子总角动量量子数，L是电子的轨道量子数，S是电子自旋量子数。 核具有自旋和磁矩。核磁矩与上述电子总磁矩之间相互作用造成能级的附加分裂。这附加分裂称为超精细结构。铷的两种同位素的自旋量子数I是不同的。核自旋角动量与电子总角动量耦合成原子的总角动量, 有。J—I耦合形成超精细结构能级，由F量子数标记，F=I+J、…,|I-J|。的I=3/2,它的基态J=1/2，具有F=2和F=1两个状态。的I=5/2,它的基态J=1/2，具有F=3和F=2两个状态。 整个原子的总角动量与总磁矩之间的关系可写为 其中的因子可按类似于求因子的方法算出。 考虑到核磁矩比电子磁矩小约3个数量级，实际上为在方向上的投影，从而得 是对应于与关系的郎德因子。以上