文档介绍：近代物理实验报告光磁共振班级  物理081  学号  08180140  姓名  周和建   时间 2011年4月27日【摘要】以光抽运为基础的光检验测磁共振的方法,使用DH807A型光磁共振实验装置来观察光抽运信号,进而测定铷原子两个同位素87Rb和85Rb的超精细结构塞曼子能级的朗德因子的测量。【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。【正文】一、实验原理(一)铷(Rb)原子基态及最低激发态的能级实验研究对象是铷的气态自由原子。铷是碱金属,它和所有的碱金属原子Li、Na、K一样,在紧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(即L-S耦合)而发生能级分裂,称为精细结构。轨道角动量Ps、的合成角动量PJ=PL+PS。原子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=0和S=1/2,因此Rb基态只有J=1/2。其标记为52S1/2。铷原子最低激发态是52P1/2及52P3/2双重态。这是由于轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2。52P1/2态的J=1/2,52P3/2态的J=3/2。5P与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。52P1/2→52S1/?的D1谱线,52P3/2→52S1/2跃迁产生波长7800?的D2谱线。原子的价电子在LS耦合中,总角动量PJ与原子的电子总磁矩μJ的关系为     (1)(2)gJ是朗德因子,J、L和S是量子数。核具有自旋和磁矩。核磁矩与上述原子的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。铷元素在自然界中主要有两种同位素,%,%。两种同位素铷核的自旋量子数I是不同的。核自旋角动量PI与电子总角动量PJ耦合成PF,有PF=PI+PJ。JI耦合形成超精细结构能级,由F量子数标记,F=I+J、…,│I-J│。Rb87的I=3/2,它的基态J=1/2,具有F=2和F=1两个状态。Rb85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PF与总磁矩μF之间的关系可写为(3)其中的gF因子可按类似于求gJ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,μF实际上为μJ在PF方向的投影,从而得(4)gF是对应于μF与PF关系的朗德因子。以上所述都是没有外磁场条件下的情况。如果处在外磁场B中,由于总磁矩μ