[南京大学08级近代物理实验二(大四上学期)]9.3光磁共振VIP免费

1 光磁共振 1. 实验目的 1.1. 掌握光抽运、磁共振、光检测的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子能 级间的磁共振。 1.2. 测定铷同位素 Rb87 和 Rb85 的ｇF因子，测定地磁场。 2. 实验仪器 实验仪器包括：光（泵）磁共振实验仪、射频信号发生器、数字频率计、二通道型数字存储示波器、直流数字电压表等。其中，光（泵）磁共振实验仪由主体单元和辅助源两部分组成。主体单元是实验的核心部分，基本结构如图 6-1 所示。 图 6-1 光（泵）磁共振实验仪主题单元示意图 3. 实验原理 3.1. 铷原子的超精细结构及其塞曼分裂 铷是一价碱金属原子、天然铷中含有两种同位素： Rb87 和 Rb85。根据 LS 耦合产生精细结构，它们的基态是 52S1/2，最低激发态是 52P1/2 和 52P3/2 的双重态。对 Rb87,52P1/2--52S1/2 跃迁为D1 线(7948 Å )，52P3/2-52S1/2 为 D2 线(7200 Å )。 铷原子具有核自旋 I，相应的核自旋角动量为 PI，核磁矩为 μI。在弱磁场中要考虑核自旋角动量的耦合，即 PI 和 PJ 耦合成总角动量 PF，F 为总量子数：F=I＋J．… ，|I-J|。对 Rb87，I=3/2，因此 Rb87 的基态有两个值：F=2 和 F=1。对 Rb85，I=5/2，因此85R b的基态有 F＝3 和 F＝2。由量子数 F 标定的能级称为超精细结构能级。原子总角动量FP 与总磁矩F之间的关系 2FFFegPmc  (6-1) 其中 F F1J J1I I1g=g2F F1FJ (6-2) 当非磁性物质铷原子处于弱的外磁场 B 中时，铷原子获得附加的能量 FmFFFBEm gB μB (6-3) 2 其中B 为玻尔磁子，Fm为磁量子数，共有 21F  个数值 ,1,...,FmF FF 因此，对应于总量子数 F 的超精细结构能级分裂成 21F  个塞曼子能级。相邻能级的能量差为FBEgB。 图 6-2 在磁场B 中铷原子的超精细能级分裂产生的塞曼子能级 在热平衡条件下，原子在各能级的数量遵循玻尔兹曼分布(N=N0e-E/hT),由于基态 各塞曼子能级的能量差极小，故可认为原子均衡地分布在基态各子能级上。 3.2. 圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应 对塞曼效应原子能级跃迁，ＭF通常的选择定则是 ΔMF=0,±1,但如用具有角动量的偏振光与原子相互作用，根据角动量守恒原理，原子吸收光子能量的同时，也吸收了它的角动量。对左旋圆偏振 σ+的光子与原子相互作用，因它具有一个角动量+h,原子吸收了它就增加...