文档介绍：光磁共振近代物理实验中心实验背景光磁共振技术是 20世纪 50年代初期法国物理学家卡斯特勒(A ·Kastler) 提出的。 1966 年, Kastler 由于在这方面的贡献而荣获诺贝尔奖。该技术是将光抽运与射频磁共振相结合的一种双共振过程。将光抽运用圆偏光束激发气态原子的方法以打破原子在所研究的能级间玻耳兹曼热平衡分布,造成所需的布居数差,从而在低浓度的条件下提高共振强度。在相应频率的射频场激励下,可观察到磁共振信号。在探测磁共振信号方面,不直接探测原子对射频量子的发射或吸收,而是采用光探测的方法,探测原子对光量子的发射吸收。由于光量子的能量比射频量高七、八个数量级,所以探测信号的灵敏度得以提高。实验目的 1、通过研究铷原子基态的光磁共振,加深对原子超精细结构的认识; 2、掌握光磁共振的实验技术; 3、测定铷原子的朗德因子(g) 和地磁场的强度。实验原理一般磁共振技术,无法进行气态样品的观测, 因为气态样品的浓度比固态或液态样品低几个数量级,、磁共振和光探测技术有机的结合起来, ,以打破原子在所研究能级间的热平衡的玻尔兹曼分布,造成能级间所需要的粒子数差,以便在低浓度下提高磁共振信号强度. 光泵磁共振采用光探测方法,即探测原子对光量子的吸收而不是采用一般磁共振的探测方法,,因而大大提高了探测灵敏度. 光磁共振实验中都以铷(Rb)原子气体为样品,, 它的原子能级的超精细结构式原子的核磁矩与电子磁矩相互作用产生的. 87 Rb 85 Rb 87 Rb 铷原子结构研究对象: 铷(Rb)的气态自由原子,价电子处于第五电子层,主量子数 n=5 ,轨道量子数 L=0,1, …..n-1, 电子自旋量子数 S=1/2. 原子精细结构的形成: 由电子的自旋与轨道运动相互作用(L-S 耦合)发生能级分裂。§铷原子基态和最低激发态的形成:用 J表示电子总角动量量子数, J=L+S,L+S-1, …由表可见,铷原子基态是(L=0,S=1/2, J=L+S=1/2) 能级,最低激发态为 LS 耦合下分裂为和(L=1,S=1/2,J=L-S=1/2 和 J=L+S=3/2) , 5s 和5 . 2/1 25s 2/1 25p 2/3 25p)8. 794 ( 1 nm D )0. 780 ( 2 nm D Le LLPm eg ??2 ???? Lg se ssPm eg ??2 ??? 0023 .2? sg LP ? sP ?和为相应的 g因子,e和为电子的电荷和质量. LS 耦合时,合成的总磁矩为如果在 LS耦合的基础上进一步考虑原子核自旋对能级的影响,铷原子的两种同位素,由于中子数的不同, 和的核自旋量子数 I分别为 3/2 和5/2, 即在 I-J 耦合(核磁矩和电子磁矩的耦合)下, 5s和5p能级将再次分裂, F=I+J+, …I-J, 的F=2,1, 的F=3,2. Lg sg em Je JJPm eg ??2 ??)1(2 )1()1()1(1????????JJ SSLLJJg J Rb 87 Rb 85 Rb 87 Rb 85