文档介绍：近代物理实验报告
光磁共振实验
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时间 2014年3月22日
光磁共振实验实验报告
【摘要】：
本实验以光抽运的方法来研究气态原子基态及激发态的精细结构和超精细结构塞曼能级间的磁共振。在加深对原子超精细结构的理解的基础上，使用DH807A型光磁共振实验装置观察光抽运信号，以此来测定铷原子(85Rb，87Rb)的超精细结构塞曼子能级的朗德因子（g）。
【关键词】：光抽运、光磁共振、铷原子、超精细结构、朗德因子
【引言】：
波谱学方法利用物质的微波或射频共振，来研究原子的精细、超精细结构以及在外
加磁场中分裂形成的塞曼子能级，这比光谱学有更高的分辨率。1950年法国物理学家
，提高了探测信号的灵敏度。这种光轴运——磁共振——光
探测技术，其灵敏度比一般的磁共振探测提高了几个数量级。这种方法很快就发展成为研究
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。为此，Kastler荣获了1966年度的诺贝物理奖。
【正文】：
一、实验原理
1、能级分裂
铷（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，。
   原子的价电子在LS耦合中，总角动量PJ与总磁矩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。
原子核也有自旋和磁矩，核自旋量子数用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，使原子产生附加的能量：

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