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1、成绩评定教师签名嘉应学院物理学院近代物理实验实验报告实验项目：光泵磁共振实验地点：级名号实验时间：—年—月—日一、实验目的：1.了解原子的能级、精细结构、超精细结构、塞曼能级分裂2.了解光抽运现象的原理和应用3.学会利用光抽运现象来研究原子超精细结构塞曼子能级的磁共振二、实验仪器和用具：TDS2002示波器，光磁共振实验装置，EHB07型光磁共振实验装置电源及辅助源，作1631功率函数信号发生器。三、实验原理：本实验的研究对象为钏原子。天然钏原了有两种同位素：85Rb(72.15%)和^Rb(27.85%)。选用天然钏作样品，可在一
2、个样品上观察到两种原了的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号。钏原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示。钏是一价碱金属原子，其基态为5/］小最低激发态为5午“和52P3”双重态，是电子的轨道角动量与日旋角动量耦合而产生的精细结构。由于是LS耦合，电子总角动量的景子数J=L+S,L+S-h…，
3、t-S"对于钏原了的基态，L=0,S=l/2,故./=1/2；其最低激发态，L=1,S=l/2,故1/2和3/2,这就是双重态的由来。钏原了核自旋不为零，两个同位素的核自旋量了数/也不相同。87Rb的7=3/2,85Rb的1=5/2。核日旋角
4、动量与电子总动量耦合，得到原子的总角动量。由于//耦合，原了的总角动量的量子数F=I+J,I+J—1,…,I-Jo故8’Rb基态的F=1和2；85理的基态的尸=2和3o这些由尸量子数标定的能级称为超精细结构。在磁场中，钏原子的超精细结构能级产生塞曼分裂。标定这些分裂能级的磁量子数〃#=F,F—l,…,-F,因而一个超精细能级分裂为2F+1个塞曼子能级。设原了的总角动量所对应的原了总磁矩为"F，用与外磁场％相互作用的能量为E=—-f'Bo=gFtriF-BBo(・1)这正是超精细塞曼子能级的能量。式中玻尔磁子所=9.2741xlO^j
5、/fT,朗德因了F(F+1)+J(J+1)-Z(7+1)廿山fJ(J+1)-L(L+1)+S(S+1)gF=gJ「、：*T，gj=1+今n了八一；2尸(尸+1)2/(/+1)(-3)上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值。由式(-1)可知，相邻塞曼子能级之间的能量差△E=gFPbBo(-4)式中△£*与成正比，在弱磁场的情况下是正确的。若外磁场B()=0,则塞曼子能级简并为超精细结构能级。四、实验步骤：1、实验前准备在给仪器通电以前，借助指南针置三角导轨与地磁场水平分量平行;将“垂直场”、“水平场”、“
6、扫场幅度”旋钮调至最小，按下池温开关；然后接通电源线，按下电源开关。约20分钟后，灯温、池温指示灯点亮,实验装置进入工作状态。将光源（附有滤光片）、透镜、样品泡以及光电池等器件调到准直,并使透镜L1出射平行光束作用于样品泡上，使透镜L2会聚到光电池上的光强最大。在光路的适当位置上加上偏振片和1/4波片（它们已做在一起），调节偏振方向与光轴的夹角，使获得圆偏振光作用于样品，调好后应把锁定环旋紧。但这一步骤的调节可结合下面观测光抽运信号进行,获得圆偏振光时光抽运信号最大。2、观测光抽运信号扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。再将指南针置
7、于吸收池上边,改变扫场的方向，设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反，然后将指南针拿开。预置垂直场电流为0.1A左右，用来抵消地磁场垂直分量。然后旋转偏振片的角度、调节扫场幅度及垂直场大小和方向，使光抽运信号幅度最大。再仔细调节光路聚集，使光抽运信号幅度最大。3、观测光磁共振谱线，测定85Rb和87Rb的欧因子扫场方式选择三角波，将水平场电流预置为0.2A左右，垂直场大小和偏振镜的角度保持不变，调节射频信号发生器频率，可观察到共振信号，读出此时的射频场频率广；再按动水平场方向开关，使水平场反向,测得共振时的射频场频率广，取平均值+广）
8、/2o注意：在改变射频场频率时，会先后出现两次磁共振信号，请区分哪一个是％Rb信号，哪一•个是87Rb信号？记下水平场的电流值I,计算相应的磁场大小，计算85Rb和87Rb的g/因子大小。4、测量地磁场大小五、实验数据记录:实验数据处理六、实验数据处理:七、实验结论与分析及思考题解答1、对实验进行总结，写出结论：2思考题解答:
