光泵磁共振实验中测量地磁场水平分量的方法

《光泵磁共振实验中测量地磁场水平分量的方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据物理与工程V01．17No．32007光泵磁共振实验中测量地磁场水平分量的方法侯清润h¨王钧炎2王天时1陈宜保1(1清华大学物理系，北京100084)(2清华大学工程物理系，北京100084)(收稿日期：2006—0614；修回日期：2006—12—06)摘要基于光泵磁共振实验过程中光抽运信号和磁共振信号出现的条件，阐述了3种测量地磁场水平分量的方法．通过实验，验证了用这3种方法所得到的测量结果是一致的．这项工作对于理解光抽运信号和磁共振吸收信号有一定帮助．关键词光抽运；磁共振；磁场METHoDSoFMEASURINGTHEHoRIZON

2、TALCoMPoNENToFTHEEARTH’SMAGNETICFIELDBYoPTICALLYPUMPEDMAGNETICRESoNANCEHouQingrunlWangJunyan2WangTianshilChenYiba01(‘DepartmentofPhysics，TsinghuaUniversity，Beijing，100084)(2DepartmentofEngineeringPhysics，TsinghuaUniversity，Beijing，100084)AbstractBasedontheconditionsofgenerati

3、ngopticalpumpsignalsandmagneticresonancesignals，threemethodsofmeasuringthehorizontalcomponentoftheearth’Smagneticfieldareintroduced．Theresultsofdifferentmethodsareprovedtobeconsistent．ItishelpfulforUStounderstandtheopticalpumpingsignalsandthemagneticresonancesignals．KeyWordso

4、pticalpumping；magneticresonance；magneticfield1引言光泵磁共振实验是大学近代物理实验的经典实验[1’2]．它的基本思想是通过光抽运打破原子能级间的玻尔兹曼热平衡分布，造成所需的布居数差，从而在低浓度的条件下提高了共振强度．再用相应频率的射频场激励原子，发生磁共振．实验中采用光探测的方法探测原子对光量子的发射和吸收．由于光量子的能量比射频量子高七八个数量级，所以探测信号的灵敏度得以提高．这一方法在基础物理学研究、磁场的精细测量及原子频标技术等方面都有广泛应用．本实验物理内容丰富，但理解起来比较困难．赵汝光

5、等人研究了光抽运信号与线圈磁场的关系[3]，对于g，因子的测量方法，也有很多人进行了研究[4~7]．最近，严雯等人报道了一种测量地磁场水平分量的方法[8]．所有这些工作，对于理解该实验都有很大帮助．本文阐述了光泵磁共振实验中3种测量地磁场水平分量的方法，并通过实验验证了测量结果的一致性．2实验原理与方法本实验中使用的实验装置是北京大学赵汝光先生设计、大华无线电仪器厂生产的DH807型光1)作者简介：侯清润，1965年生，男，山东省高密市人，清华大学物理系副教授，博士．现从事过渡金属硅化物和碳化物薄膜的制备与物理性能分析方面的研究工作，已发表论文4

6、0多篇．教授课程是《普通物理实验》和《近代物理实验》．万方数据物理与工程V01．17No．32007泵磁共振仪，其主体装置如图1．下面通过对光抽运信号和磁共振信号的产生条件与外磁场强度关系的分析，给出3种测量地磁场水平分量的方法．作用于样品的外磁场B包括直流水平磁场BH、地磁场水平分量B。、水平扫场B。．垂直线圈产生的磁场和地磁场垂直分量相互抵消，可以不用再考虑垂直方向上的磁场．水平场线圈＼人一一^RbII·V}镜1／4波片、／＼透{垂直场线圈恒温槽图1光泵磁共振主体装置示意图2．1光抽运信号观察与地磁场水平分量估算在装置的光轴与地磁场水平分量平

7、行的条件下，铷样品泡加上方波扫场信号的瞬间开始光抽运的过程，随着各塞曼子能级上的粒子逐渐被抽运到特定的子能级上，透过铷样品的光强逐渐增强并达到最大．当磁场扫过零(水平方向合磁场为零)时，各塞曼子能级跟随着发生简并，透射光变弱．这样就观察到了光抽运信号．图2(a)～(c)画出了3种典型的光抽运信号和总磁场零点位置的关系；图2(d)和(e)画出了在本实验中用到的两种特殊的地磁场水平分量、水平扫场和水平磁场3者之间的关系．图2(a)～(C)中上方为方波扫场信号，下方为光抽运信号．我们对图2中光抽运信号的理解是：当总磁场为零时，发生原子共振吸收，透射光信

8、号很弱；当有磁场存在时，原子能级发生分裂，粒子逐渐被抽运到特定子能级上，能吸收光子的粒子数逐渐减小，透射光渐渐变强．光抽运信号反映了在有