文档介绍：光泵磁共振选做实验
赵婧光科 **********
实验内容
研究1/4玻片对光束偏振态的调制以
及偏振态对信号强度的影响
研究吸收池中的弛豫过程对信号的
影响
探讨多个频率下出现共振信号的机理
探讨用本实验设备开展原子钟实验的可行性
1
2
3
4
信号幅度递减
信号幅度增加
几乎为一条直线
光束偏振态
→椭圆偏振光
圆偏振光→
椭圆偏振光
→线偏振光
光束偏振越厉害,激发的原子数越多,对应的信号幅度越大;当光束为线偏振态时几乎不激发原子,故对应的光抽运信号为一直线
光抽运导致粒子数分布不均,系统处于非热平衡分布
状态。系统趋向于平衡分布状态的过程为弛豫过程。
实验中调节铷样品泡温度在40°-70°间变化;观察到温度降低的过程中,光抽运信号的幅值先变大,在接近500°时开始有减小。
(因仪器无法读出确切温度,故只能定性分析)
WHY?
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温度太低时……
气态铷原子密度下降,与器壁
及原子相互间碰撞几率减小
铷原子数不足,密度
太低
铷样品泡温度减小……
原子分布偏极化增大,抽运信
号更加明显,幅值增大
信号不明显,幅值
下降
实验数据记录
f/kHz
1498
917
768
467
513
315
386
87Rb
(1498/f)
1
2
3
4
85Rb
(917/f)
1
2
3
?
1)双量子/多量子跃迁
2)射频场信号的高次谐波引发共振
前期调研
基本原理
由于多量子跃迁受激发射频场强度的制约,3阶以上
的光量子跃迁较难实现(需要射频场强度更强,现有实验仪器一般达不到),这里只讨论双量子跃迁。
原理如图:
当有两个圆频率为w=1/2(wmn+wnk) 的光量子同时被吸收(或被辐射)时,将
出现双量子跃迁的共振峰。双量子跃
迁的共振频率为v=𝑣𝑜/2
射频信号不是理想的正弦波,其频率可能发生畸变,
产生谐波。根据傅里叶级数,频率为v的波,可以看成
频率为2v、3v、4v…频率的叠加,故可能产生反常共振
信号。
推测原因
实验中观察到反常共振频率与正常共振频率基本呈
整数倍关系,这与以上两种原因均相符。但考虑到多
量子跃迁几率非常小几乎可以忽略不计,所以综合推测为:
多频率下出现共振信号,其产生原因以射频信号畸变产生的谐波共振为主,对于v=𝑣𝑜/2 ,除了2v谐波影响外可能包含一部分双光子跃迁。