南京大学 光磁共振实验报告(600字)

发表于:2020.8.31来自:www.fanwen118.com字数:600 手机看范文

光磁共振

引言

实验目的

实验原理

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实验装置

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实验内容

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经过我们的测量以及计算实验结果

1、 地磁场垂直分量

垂直线圈电压:

1.48V;

磁感应强度

B地垂直=1.71*10-5T。

2、 铷原子基态朗德因子gf和核自旋量子数I

水平线圈电压:

6.53V,

对应磁感应强度

B水平=1.235*10-4T。

(1) Rb85

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V1=945.7kHz,

V2=290.2kHz,

与B水平对应的频率

v=617.95kHz,

gf=0.36,

I=2.27。

(2) Rb87

V1=1415.5kHz,

V2=425.7kHz,

与B水平对应的频率

v=920.6kHz,

gf=0.53,

I=1.39。

3、 地磁场水平分量和倾角

水平线圈电压:

6.53V,

对应磁感应强度

B水平=1.235*10-4T。

(1) Rb85

V3=654.0kHz,

与B地水平对应的频率v=145.85kHz, B地水平=2.90*10-5T。

(2) Rb87

V3=989.9kHz,

与B地水平对应的频率

v=212.8kHz,

B地水平=2.87*10-5T。

取平均值

B地水平=2.88*10-5T。

之前已测得

B地垂直=1.71*10-5T,

所以B地=3.35*10-5T,

tanθ=0.59.

注意事项

思考题

参考文献

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第二篇:光磁共振实验报告 2800字

代物理实题目 学院 数理与信息工程学院 班级 学号 姓名 指导教师

光磁共振实验报告

浙 江 师 范 大 学 实 验 报 告

实验名称 光磁共振 班 级 物理071 姓名 骆宇哲 学号 07180132 同 组 人 实验日期 10/04/15 室温 气温

光磁共振

摘 要:光磁共振(光泵磁共振)利用光抽运(Optical PumPing)效应来研究原子超精细结

构塞曼子能级间的磁共振。研究的对象是碱金属原子铷(Rb),天然铷中含量大的同位素有两种:85Rb占72.15%,87Rb占27.85%。

气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱,用磁共振的方法难于观察。本实验应用光抽运、光探测的方法,既保持了磁共振分辨率高的优点,同时将探测灵敏度提高了几个以至十几个数量级。此方法一方面可用于基础物理研究,另一方面在量子频标、精确测定磁场等问题上都有很大的实际应用价值。

关键词:光磁共振 光抽运 塞曼能级分裂 超精细结构

引 言:光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁

共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。

光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大

地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。

利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的

原子频标。

实验方案:

一、实验目的

1. 加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。

2. 测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子g。

二、实验仪器

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由主体单元(铷光谱灯、准直透镜、吸收池、聚光镜、光电探测器及亥姆霍兹线圈)、电源、辅助源、射频信号发生器、示波器组成。

三、实验内容

1.仪器的调节

①在装置加电之前,先进行主体单元光路的机械调整。再用指南针确定地磁场方向,主体装置的光轴要与地磁场水平方向相平行。用指南针确定水平场线圈、竖直场线圈及扫场线圈产生的各磁场方向与地磁场水平和垂直方向的关系,并作详细记录。

②将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小,按下辅助源的池温开关,接通电源开关。开射频信号发生器、示波器电源。电源接通约三十分钟后,铷光谱灯点燃并发出紫红色光,池温灯亮,吸收池正常工作,实验装置进入工作状态。

③主体装置的光学元件应调成等高共轴。

调整准直透镜以得到较好的平行光束,通过铷样品泡并射到聚光透镜上。铷灯因不是点光源,不能得到一个完全平行的光束,但仔细调节,在通过聚光透镜即可使铷灯到光电池上的总光量为最大,便可得到良好的信号。

④调节偏振片及1/4波片,使1/4波片的光轴与偏振光偏振方向的夹角为π/4以获得圆偏振光。

写出调节步骤和观察到的现象。

2.光抽运信号的观察

扫场方式选择“方波”,调大扫场幅度。再将指南针置于吸收池上边,设置扫场方向与地磁场方向相反,然后拿开指南针。预置 垂直场电流为0.07A左右。用来抵消地磁场分量。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。再仔细调节光路聚焦,使光抽运信号幅度最大。

光抽运信号波形

扫场波形

光磁共振实验报告

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图1(扫场波形中要加电场为零的纵轴线)

铷样品泡开始加上方波扫场的一瞬间,基态中各塞曼子能级上的粒子数接近热平衡,即各子能级上的粒子数大致相等。 因此这一瞬间有总粒子数7/8的粒子在吸收D1?光,对光的吸收最强。随着粒子逐渐被抽运到MF=+2子能级上,能吸收σ的光粒子数减少,透过铷样品泡的光逐渐增强。当抽运到MF=+2子能级上的粒子数达到饱和时,透过铷样品泡的光达到最大且不再变化。当磁场扫过零(指水平方向的总磁场为零)然后反向时,各塞曼子能级跟随着发生简并随即再分裂。能级简并时铷的子分布由于碰撞等导致自旋方向混杂而失去了偏极化,所以重新分裂后各塞曼子能级上的粒子数又近似相等,对D1?光的吸收又达到最?+?

大值,这样就观察到了光抽运信号,如图1

3.磁共振信号的观察

扫场方式选择“三角波”,将水平场电流预置为0.7A左右,并使水平磁场方向与地磁场水平分量和扫场方向相同(由指南针判断)。垂直场的大小和偏振镜的角度保持前面的状态不变。调节射频信号发生器,频率可以观察到共振信号如图2,对应波形,可读出频率?1及对应的水平场电流I。再按动水平场方向开关,使水平场方向与地磁场水平分量和扫场方向相反。同样可以得到?2。这样水平磁场所对应的频率为??(?1??2)2,即排除了地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。

用三角波扫场法观察磁共振信号时,当磁场B0值与射频频率?0满足共振条件式时,铷原子分布的偏极化被破坏,产生新的光抽运。因此,对于确定的频率,改变磁场值可以获得Rb或Rb的磁共振。可得到磁共振信号的图像。对于确定的磁场值(例如三角波中的某一场值),改变频率同样可以获得Rb或Rb的磁共振。实验中要求在选择适当频率(600KHz)及场强的条件下,观察铷原子两种同位素的共振信号并详细记录所有参量。

4.测量gF因子

为了研究原子的超精细结构,测准gF因子时很有用的。我们用的亥姆霍兹线圈轴线中心处的磁感强度为式中N为线圈匝数,r为线圈有效半径(米), 87858785

HI B?16πN?7I?10 5r

I为直流电流(安)。B为磁感强度(特斯拉),式hv= gFuBBh??gF?BB?中,普朗克常数h=6.626×10焦耳秒,玻尔磁子uB=9.274×10焦耳/特斯拉。利用两式可以测出gF因子值。要注意,引起塞曼能级分裂的磁场是水平方向的总磁场(

光磁共振实验报告

地磁场的竖上分量已抵-34-24

消),可视为B=B水平+ B地+ B扫,而B地、B扫的直流部分和可能还有的其它杂散磁场,所有这些都难以测定。这样给直接测量gF因子带来困难,但只要参考霍尔效应实验中用过的换向方法,就不难解决了。测量gF因子实验的步骤自己拟定。

有实验测量的结果计算出Rb或Rb的gF因子值。计算理论值并与测量值进行比较。 四、实验数据记录与处理

87

85

1、公式2hν=gμB(B1+B2)

光磁共振实验报告

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2、公式h(ν1+ν2)=2gμBB

五、实验结论

本次实验中一开始时我对实验原理还存在不少不理解的地方。在斯老师的讲解和引导下我加深对原子超精细结构、光抽运、光跃迁及光磁共振的过程的理解。最终测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子g。

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