光泵磁共振实验测铷原子的g因子.docx

光泵磁共振实验测锄原子朗德因子的方法许宏淮05级光科学与工程系学号0434071“要简述光泵毡共振实骁的基本期理，介绍该实验的实验装置；运用“水平感场换向法“测Iaita原子的朗德因子，此方法可以有效排除扫场、地极场以及实验室杂散场的影明：并讨论射颇场强度对横共振信号的影响.知词光泵磁共振期他因子水平磁场换向瞄共振信号引言波谱学方法利用物质的微波或射叙共振，来研究原子的精细、超精细结构以及在外加磴场中分裂形成的塞曼子能级，这比光谱学有更高的分疥率，五十年代初A.KasIIer等人提出光抽运技术，提高了探测信号的灵敏度，这种光轴运一一磁共振一一光探测技术，其灵敏度比一般的磁共振探测提高了几个数址级.这种技术自发明以来.被人们用来对许多原子、高于和分子等微观粒子进行大麻的研究.光泉磁共振实验利用了这种技术对曲原子诳行研5tO实验基本原理样品泡中有处于基态的"rb和*rb蒸汽，由于物原子具有磁矩，能级在外加t场中会分裂成塞亚子能级.E=g.B,用梅光灯的D：线调成左加削倜振龙,照射加蒸汽,颔出子在由基态5芯“2能媛到VPg俺媛的激发跃迁中,由于射战的光子角动量为+V27,只能产生AM=+1.的跣迁.于是经过多次上下班迁.基态中的M=+2子能级的粒子数只增不收,这样就增大了粒子布居数的差别.这个过程就是对都蒸汽进行光抽运,使其塞曼子能级产生粒子数值极化.然后再向己经偏极化的钿原子加JH颇电磁场，同时加水平场和三角波扫场，当总槌场B与射频频率丫满足共振条件hv=gfB(I)时.撷除子。射频场发生磁共振.具塞峨子能级的粒子分布偏极化被破坏.如子又吸收D1.光进行光抽运.通过探测透射的光强变化.即可间接探测到钿原子的极共振信号.刈得丫、BHJIII(I)式显得正麻子的8F因子.实验装置本实验使用大华无线电仪器厂的DH807A型光极共振坡验装置，其中主体单元的装置示意图如下.整个实验装置的主要组成部件有：曲光灯、干涉漉光片、透镜、偏振片、1/4波片、样品泡（内充天然曲，含Rb和、b两种同位素）、可网磁场线圈（水平方向磁场、扫场、垂ft.方向毡场及射频场分别由三对亥如送弦战圈及一对射领划图供给，由辅助源控制所加毡场的方向、强度和波形）、光电探洲器、双踪示波器。测锄原子朗德因子的实验方法先调节事计世场戌圈的电流，使其产生的磴场抵消地毡场乖总分然后选择三角波扫场.在保帙化的条件下.当射城场的叛率满足h=SF",B（1）时（h=6.626X1.0ujs为普朗克常数.“，=9.274XIoxJTI为玻尔磁子）,将发生磁共振.此时频率可由射频小号发生器测得，直流水平磁场B由公式8. =卑包IXIoS（GS）（2>N5'-r可得.但此时引起塞咙效应的总出场是直流水平磁场B方向与地磁场水平分双B和扫场Bn分求三者的我加，其中B幡和BM难以准确测定，而且由于电路结的原因扫场波形可能不甚规范，另外UJ能还有实脸室其他朵散场的影响等等.所以采用以下“水平场换向法”来排出这部分磁场的影响.首先使直流水平磁场B方向与地磁场水平分AiBm和扫场Bt1.分Jit：音方向相同.K'f共振信号<a),调节射频场频率，使共振峥时准三角波波峰(或波谷).记下对应射频场频率Vh此时引起塞星分裂的总磁场为B+=II#(HiBa)(3)hVi=gF*f.B+=g»H|B#+(Ba#+BtSI<4)然后改变水平速场B的方向.使其方向与地检场水平分Gt和扫场B”方向相反."'I'扫场献.调节射频频率，使共振封对准三角波波峥(或波谷记下对应射频场频率V：。此时引起塞亚分裂的总检场为B-=B#(Bjm>Bti)<5)hv：=g>tB-=g>(B/+Bb)(6)由(4、<6>式得因此就排除了地i场水平分量和扫场的影响,实验结果和讨论乖口磁场线圈电波为0062A,三角波峰峰值为0.6V,射频场幅度很弱。测得以下数据。表1实验数据记录表场电流I/AFTRh9RbV1ZkHzvjHzV1.HzV2ZkHz0.301299679.3867.5455.50.351467.8846.5978.856430.401630.51.7.51087.0673.80.451796.21173.31198.3782.5由(1>、<7>式,可算得枷原子的朗德因子的平均值.Rb的gf=4).4991,与理论值0.5000比较,存在百分误差为0.18%：而“Rb的&=O.333I,叮理论值0.333比较.存在百分误差为0.06%.运用“水平场换向法”必须注意以下几点：1、(5>»<6>式成立必须满足B#>(Bj+B日)：如果B><(B«#÷Bf1.)则B*=(B*/+Bfi)Kg,hv*j=g7*,B-=g*.(RiM+BB)一B，;那么应该这样计算gF因子IgF=UB22、为了确保以后推论(7)式成立，本实验选取较小的一:用波扫场幅度，因而取其峰峰值约为0.6V,用指北针估算当水平场电流达到0.3A及以上可以确保K,式廿+Bti),即确保水平场换向后，总感场也换向：如果水平场取值较小，换向后，会使总磴场B反向过零.铀原子各塞亚子能级将跟随着发生筒并随即内分裂。而能级简并时枷原子分布用干能描等导致粒子数低极化被破坏.胤子能级乘新分裂后成案蛀子能欲后，对D1.光吸收达到最大伯，这就出现了光抽运信号。当射频场存在时，光抽运信号会和段共振信号混杂在一起，区分他们的办法是：断开射频场，仍然可以看到的信号是光抽运信号，否则为磁共振信号3、由理论值知Rb的胡侬因子大于'Rb的,又由Iw=8f”,B实验中区分两存的共振信号的方法是：当水平盛场不变时，时应射频频率高的共振信号是Rb的，较低的那个是Rb的：当射施施率不变时,对应水平破场大的共振信号是"Rb的.4、实命中在观察磁共振信号时，发现当射顼信号强度增大到一定程度时，不仅仅出现'Rb和XRh两个较大的磁共振宙号,在射频低频段还出现其他共振信号，这些信号出度都比较小；而且Rfi这射频强度增大，低频共振小信号的个数会增多.5、当水平场战圈电流为03A,乖宜场找圈电流0.062A,三角波扫场峰峰值0.6V时，并使直流水平碣场B方向与地磁场水平分址B和扫场B1.分盘三者方向相同.加大射频场幡度达到仪器以火值,使共振信号对准三地波波峰,可观察到8个共振信号加下I2345678共振频率ZkHz1298.3866.0649.3434.2325.0260.5216.5186.0信号强强，IS强，桎弱，½较弱.很弱，较弱，很弱.很弱,弱稳定性定定定附度有波动仅为毛剌状帕度有波动仅为角状不½定6、可卷试以下方法时共振小信号的产生原因：将射频信号发生器连接到示波器，I可捧观察其强度和波形.以射板场幅度为控制变量：在崩射版场下.谓节射算频率.使Rb和"Rb的共振信号同时出现,两个信号谷对着打场角波的问个坡，然后增大射频场福度,记录各个共振小信号出现时对应的射场幅度，然后在该帕度下记录共振信号的个数，以及各共振信号对准三角波峰时的共振顺率。由此可得刎射版场幡度与产生共振小侑号的关系。结论本实裟使用“水平场换向法”测钿原子的朗镌因子，选择合适的实验条件，可以有效排除扫场、地磁场以及实险室杂敢场的影响，测得精度很高的钿原子朗德因子.当加大射频场帕度时.会出现共振小信号,可能是双量子跃迁以及射侦场谐波干扰而产生的共振信号.对共振小信号的讨论fJ荷进步实验来研究.致谢感谢王煜老师悉心地指导，感谢实验室的老师们，感谢帮助过我的同学和朋友.参考文献亚口.大学物理系近代物理实验2006吴思诚,王祖柱近代物理实验高等教育出版社,2005大华仪器厂.DH8O7A型光磁共振仪说明书严安,王秋君.探讨光i共振实脸中测IftgF值的方法U).物理实购.2000.20(12):40-42.赵汝光,等.关于光泵睡共振实验中的几个问超IJI.物理实验.1986,6(4):147-150.154.张清，陈一冰，王堀，张桂楂光泉破共振实脸中小信号的讨论物理实脸20孙听,崔海峰等光磁共振实验中双盘子氏迁及射频场谐波F扰物理实验2(XX)