实验报告_光磁共振(样例).doc

实验（ ） 光磁共振 一、【】1. 加深原子超精细结构的理解，了解光泵磁共振的基本原理； 2．了解光抽运的物理过程，掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法； 3．掌握消除地磁场影响，测定气态铷原子g因子的方法。 二、【】【】Z=37）是一价金属元素，天然铷有两种稳定的同位素: 85Rb和87Rb,二者的比例接近2比1。它们的基态都是52S1/2， 即电子的主量子数n=5，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（L—S 耦合）。 在L—S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，电子的总角动量J=L+S和L-S，即J=3/2和1/2，形成双重态：52P1/2和52P3/2，这两个状态的能量不相等，产生精细分裂。因此，从5P到5S的跃迁产生双线，分别称为D1和D2线，它们的波长分别是794.8nm和780.0nm。 ?? 原子的价电子在LS耦合中，总角动量PJ与总磁μJ的关系为 ??? 其中,称为郎德因子m是电子质量，e是电子电量。核具有自旋和磁矩，核磁矩与上述电子的总磁矩相互作用会造成能级的进一步分裂，称为超精细结构。I表示。核角动量PI和核外电子的角动量PJ耦合成一个更大的角动量，用符号 PF表示，其量子数用F表示，则 与此角动量相关的原子总磁矩为 其中 在有外磁场B的情况下，总磁矩将与外场相互作用，由于总磁矩与磁场B的相互作用，超精细结构中的各能级会进一步发生塞曼分裂，形成塞曼子能级， 其中称为玻尔磁子，ＭＦ＝－Ｆ，－Ｆ＋１，…Ｆ－１，Ｆ，共有２Ｆ＋１个值。我们看到，原子在磁场中的附加能量Ｅ随ＭＦ变化，原来对ＭＦ简并的能级发生分裂， 在磁场中，铷原子的超精细结构会产生塞曼分裂。一个Ｆ能级分裂成２Ｆ＋１个子能级，相邻的子能级的能量差为： 2、光的抽运 气态原子87Rb受左旋圆偏振光照射时，光的吸收遵从跃迁选择定则 ； 在由能级到能级的激发跃迁中，由于光子的角动量为只能产生的跃迁。因此，基态中子能级上的粒子就不能向上跃迁，在由到的向下跃迁中（发射光子），，各子能级上的跃迁都是允许的。经过多次上下跃迁，基态中子能级上的粒子数只增不减，这样就增大了粒子布居数的差别。这种非平衡分布称为粒子数偏极化。类似地，也可以用右旋圆偏振光照射样品，最后粒子都分布在基态的子能级上。原子受光激发，在上下跃迁过程中使某个子能级上粒子数增多，称为光抽运。光抽运的目的是要造成基态能级中粒子数的偏极化，实现了粒子数的偏极化后就可以在子能级间进行磁共振跃迁实验了。B和垂直于光传播方向上加一射频振荡的磁场，并且调整射频频率ν，使之满足 这时将出现“射频受激辐射”，在射频场的扰动下，处于子能级上的原子会放出一个频率为ν、方向和偏振态与入射量子完全一样的量子而跃迁到的子能级，上的原子数就会减少；同样，子能级上的原子也会通过“射频受激辐射”跃迁到MF=0的子能级上……如此下去，5S态的上面5个子能级很快就都有了原子，于是光吸收过程重又开始，光强测量值又降低；跃迁到5P态的原子在退激过程中可以跃迁到5S态的最下面的3个子能级上，所以，用不了多久，5S态的8个子能级上全有了原子。由于此时子能级上的原子不再能久留，所以，光跃迁不会造成新的“粒子数反转”。 粒子产生共振跃迁必然造成偏激化状态被破坏，从而会增大对光的吸收，透过样品泡的光必然减弱，只要检测透射光的强弱变化即保检测到共振信号，光一方面起到光抽运作用，同时又起到检测共振信号的作用。光信号检测的方法巧妙地把一个频率很低的射频率量子转换为一个频率很高的光频量子的变化，使信号的功率提高了7-8个数量级，大大提高了信号的强度。 四、【】仪器调整 (1)揿进预热键，加热样品吸收泡约50℃并控温，同时也加热铷灯约90℃并控温,约 需30分钟温度稳定，按下工作键，此时铷灯应发出攻瑰紫色光。(2)将光源、透镜、吸收池、光电探测器等的位置调到准直，调节前后透镜的位置使到 达光电池的光通量最大。(3)调整双踪示波器，使一通道观察扫场电压波形，另一通道观察光电探测器的信号。观测光抽运信号 (1)先用指南针判断扫场、水平场、垂直场相对于地磁场的方向。(2)不开射频振荡器，扫场选择 方波”，调节扫场的大小和方向，使扫场与地磁场的 水平分量相反，特别是地磁场的垂直分量对光抽运信号有很大影响，因此要使垂直恒定磁场的方向与其相反并抵消。同时旋转1/4波片，可获得最佳光抽运信号。 测量基态的gF????由磁共振表达式得 gF=hν/μBH ν可由频率计