南京大学-光磁共振实验报告.pdf

光磁共振 (南京大学物理学院 江苏南京 210000) 摘要：光磁共振是利用光抽运的方法，进一步提高磁共振灵敏度的技术。本实验依据 光磁共振技术，运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法，测量地磁场垂直分量和水 平分量以及铷原子的相关参量。 关键词：光磁共振；光抽运；磁共振；塞曼效应；塞曼子能级；地磁场；朗德因子 一、实验目的 1. 掌握“光抽运—磁共振—光探测”的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子 能级间的射频磁共振。 2. 测定銣原子87 和85 的参数：基态朗德因子g 和原子核的自旋量子数 。 Rb Rb I F  B B 地 地垂直  3. 测定地磁场 的垂直分量 、水平分量B地水平 及其倾角 。 二、实验原理 光磁共振技术是根据动量守恒原理，用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间 微波或射频磁共振现象的双共振技术。特点是兼有波谱学方法的高分辨率和光谱学方法的 高探测灵敏度。 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，有一个价电子，处于第五壳层，主量子数 n=5, 电子轨道量子数 L=0,1,2,3…,n-1, 电子自旋S=1/2。铷原子中价电子的轨道角动量P 和自旋角动量P 发生轨 L S 道— 自旋耦合（LS 耦合），得到电子总角动量P ，其数值 J P  J (J  1), J  L  S ,L  S  1, , L  S 。当不考虑铷原子核的自旋时，铷原子总 J e 磁矩  g P ，其中e, m 分别为电子的电荷、质量。朗德因子 J J J e 2m e J (J  1)  L (L  1)  S (S  1) gJ  1 2J (J  1) 从而形成原子的超精细结构能级，这时，铷原子的基态能级n2S 1SJ 对应于 n=5,L=0,S=1/2,J=1/2, 即为 2 ，相应的朗德因子g  2 ；铷原子的第一激发态能级 5 S 1 J 2 n2S 1P 对应于 n=5,L=1,S=1/2,J=1/2 、3/2，是双重态，即为 2 和 2 ，相应的朗德因子 5 P 5 P J 1 3