物理实验第22卷第3 对光磁共振实验中测量gr值的方法的评述和改进 米丽琴2)原如领 1)北京师范大学物理系北京100875;2)湛江师范学院物理系广东湛江524048) 要对文献中测量gF因子的方法进行了评述,阐述了如何基于三角波扫场,用抽运信号确定计算和测量 关键词朗德g因子,光磁共振光抽运信号 中图分类号056232文献标识码A文章编号:1005-4642(2003)03-0047-02 Rev iew and im provem en t of the m ea sur ing method of gF in a optical pum ping magnetic re sonance exper im en t MIL rgm )2) YUAN Ru-ling 1)Department of Physics, Beijing Nomal U niversity, Beijing, 100875; 2)Departm ent of Phy sics, Zhanjiang N om al College, Zhan jiang, Guangdong, 524048) Abstract The m easuring m ethod of the gF-factor in the literature is rev iew ed Based on trr angle wave sweep-fields and m ade use of op tical pump ing signals, the reasonab le calcu lating m ethod and accurate m easuring m ethod for gF are e labo rated Key words L ande g-factor, op tical pump ing m agnetic re sonance, op lical pump ing signal 引言 为激光和原子频标的发展打下了基础目前,我 国高校使用的一般都是北京大学赵汝光先生设 光泵磁共振实验是大学近代物理实验中很计、大华无线电仪器厂生产的DH807型光磁共 有特色的实验,它的基本思想是利用光抽运效振实验装置实验原理和gF的测量方法已有文 应研究原子基态和激发态的超精细结构塞曼子献8进行了描述和讨论.本文在对中gr的测 能级间的磁共振这种光磁共振技术,巧妙地将量方法进行评述的基础上,利用三角波扫场观 磁共振光抽运光探测的方法结合起来既保察光抽运信号,判断|与|地+B的大小 持了磁共振方法研究元素超精细结构及其在磁关系,确定gF值的计算和测定方法 场中产生塞曼分裂的小能级间距调谐准确度高 的优点,又通过光抽运使低浓度原子样品条件2对文献中g值的测定方法的评述 下提供尽可能多的粒子参与磁共振,再用光探 测的方法进行探测,与用直接测量射频辐射量 在文献[1,2,5~8]中,提出测量gF值的 般方法,是在抵消地磁场垂直分量后,选择三角 子的能量相比,灵敏度提高78个数量级,为 现代物理学的研究提供了重要的实验手段,并 波扫场,使直流水平磁场B∥地磁场水平分量 B地和扫场B扫分量3者方向相同,调节射频 c1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
对光磁共振实验中测量 gF 值的方法的评述和改进 米丽琴1) 2) 原如领1) ( 1) 北京师范大学物理系 北京 100875; 2) 湛江师范学院物理系 广东 湛江 524048 ) 摘 要: 对文献中测量 g F 因子的方法进行了评述, 阐述了如何基于三角波扫场, 用抽运信号确定计算和测量 g F 的方法Λ 关键词: 朗德 g 因子; 光磁共振; 光抽运信号 中图分类号: O 562. 32 文献标识码: A 文章编号: 100524642 (2003) 0320047202 Rev iew and im provem en t of the m easur ing m ethod of gF in a optical pum p ing magnetic resonance exper im en t M IL i2qin1) 2) YU AN R u2ling1) ( 1) D epartm en t of Physics, Beijing N o rm al U n iversity, Beijing, 100875; 2) D epartm en t of Physics, Zhan jiang N o rm al Co llege, Zhan jiang, Guangdong, 524048) Abstract: T he m easu ring m ethod of the g F 2facto r in the literatu re is review ed. Based on tri2 angle w ave sw eep 2fields and m ade u se of op tical pum p ing signals, the reasonab le calcu lating m ethod and accu rate m easu ring m ethod fo r g F are elabo rated. Key words: L andég 2facto r; op tical pum p ing m agnetic resonance; op lical pum p ing signal 1 引 言 光泵磁共振实验是大学近代物理实验中很 有特色的实验, 它的基本思想是利用光抽运效 应研究原子基态和激发态的超精细结构塞曼子 能级间的磁共振Ζ这种光磁共振技术, 巧妙地将 磁共振2光抽运2光探测的方法结合起来, 既保 持了磁共振方法研究元素超精细结构及其在磁 场中产生塞曼分裂的小能级间距调谐准确度高 的优点, 又通过光抽运使低浓度原子样品条件 下提供尽可能多的粒子参与磁共振, 再用光探 测的方法进行探测, 与用直接测量射频辐射量 子的能量相比, 灵敏度提高 7～ 8 个数量级, 为 现代物理学的研究提供了重要的实验手段, 并 为激光和原子频标的发展打下了基础Ζ目前, 我 国高校使用的一般都是北京大学赵汝光先生设 计、大华无线电仪器厂生产的DH 807 型光磁共 振实验装置Ζ实验原理和 g F 的测量方法已有文 献[ 1～ 8 ]进行了描述和讨论Ζ 本文在对中 g F 的测 量方法进行评述的基础上, 利用三角波扫场观 察光抽运信号, 判断ûB ∥û与ûB 地∥+ B 扫û的大小 关系, 确定 g F 值的计算和测定方法Ζ 2 对文献中 g F 值的测定方法的评述 在文献[1, 2, 5～ 8 ]中, 提出测量 g F 值的一 般方法, 是在抵消地磁场垂直分量后, 选择三角 波扫场, 使直流水平磁场B ∥、地磁场水平分量 B 地∥和扫场B 扫 分量 3 者方向相同, 调节射频 物理实验 第 22 卷 第 3 期 74 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第3期 信号发生器的频率,在波峰或波谷处观察到共位置进行测量·在抵消地磁场竖直分量的条件 振信号,记下此时的共振频率w及对应的水平下,恰当选取扫场信号,在无射频场信号时,用 电流(由Ⅰ算出B〃);再将水平场反向,可得三角波观察抽运信号.使B〃和B地〃反向,在抽 到共振频率取(w+以)么,则g值满足运信号对应于波峰(谷)时,记下水平场电流值, h= gF as bB n )设此电流值对应的磁场为B〃则在对应的峰 然而(1)式成立的条件是选取的B足够(谷)处有。=|地+B在测量共振信号 大,使l〃||地+B扫保证在B反向时时,当Bn>B0用(2)式,当B〃B时更容易满足 加适当的水平外场及射频场,调节射频场频率,这个条件,使测量的准确度最好,这就是文献6 使共振信号出现在刚才抽运信号出现处,记下~8只讲这种情况的原因 M;再将水平外场反向,调节射频频率再使共振 使用本方法,既可以使学生进一步明确产 信号出现在该处,记下v·取=(w+n)2,则生光抽运和磁共振的物理条件,又可以使学生 确保使用(1)式是正确的·但是,由于磁共振信正确地选择测量gF的条件和计算方法,得出正 号要调节在已经消失的抽运信号出现处,且共确测量结果,提高测量的准确度 振信号是出现在三角波的上升沿和下降沿,难 参考文献 以准确判断信号位置,测量准确度较差 文献[3]正确地区分了在水平场Bm反向[]赵汝光,等,关于光泵磁共振实验中的几个问题 时,总磁场是否反向的2种情况提出:在p ↓物理实验,1986,16(4):147-150,154 >p地+B扫条件下B反向时,总磁场反向,21龚顺生双共振实验物理实验1981,1(4) 在量值上有 133-138 h(n+ v)/2= gF HaB (2)[3]熊正烨,吴奕初,郑裕芳光磁共振实验中测量gF 值方法的改进[}物理实验,200020(1):34, 而〃|k|B地+B扫条件下,在B反向时 总磁场不反向,在量值上有 [4]严雯,王秋君·探讨光磁共振实验中测量g值方 h(-2)2=|g|neB(3) 法[↓物理实验,2000,20(12):40-42 但观察的共振信号是在波的上升沿或下降沿,[5]米丽琴,肖世发,湛江地区地磁场的测定[湛 且同时有抽运信号,这会影响测量的准确度 江师范学院学报,2001(2) 3测量gr值的改进方法 [6]邬鸿彦,朱明刚,近代物理实验ⅣM北京:科学 版社,1998 本方法是对文献3方法的改进和补充其7]林木欣等,近代物理实验教程M]北京科学 优点是能在实验中判定水平磁场反向时总磁场 出版社,1999 是否反向.由于共振信号发生在波峰或波谷处8]吴思诚,王祖铨,近代物理实验M1北京北京 测量准确度高,所以总是将信号调节在这2个 大学出版社,1995 (2002-07-17收稿,2002-10-25收修改稿) c1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
信号发生器的频率, 在波峰或波谷处观察到共 振信号, 记下此时的共振频率 Μ1 及对应的水平 电流 I (由 I 算出B ∥); 再将水平场反向, 可得 到共振频率 Μ2, 取 Μ= (Μ1+ Μ2)ö2, 则 g F 值满足 hΜ= ûg F ûΛB ûB ∥û (1) 然而 (1) 式成立的条件是选取的B ∥ 足够 大, 使ûB ∥ û > ûB 地∥ + B 扫 û, 保证在B ∥ 反向时 总磁场反向Ζ 但学生实验有时不满足(1) 式, 倘 若ûB ∥û ûB 地∥+ B 扫û条件下,B ∥反向时, 总磁场反向, 在量值上有 h (Μ1+ Μ2)ö2= ûg F ûΛBB ∥ (2) 而ûB ∥û B ∥0用(2) 式, 当B ∥ B ∥0时更容易满足 这个条件, 使测量的准确度最好, 这就是文献[6 ～ 8 ]只讲这种情况的原因Ζ 使用本方法, 既可以使学生进一步明确产 生光抽运和磁共振的物理条件, 又可以使学生 正确地选择测量 g F 的条件和计算方法, 得出正 确测量结果, 提高测量的准确度Ζ 参考文献: [ 1 ] 赵汝光, 等Λ 关于光泵磁共振实验中的几个问题 [J ]. 物理实验, 1986, 16 (4): 147～ 150, 154Λ [2 ] 龚顺生Λ 双共振实验[J ]. 物理实验, 1981, 1 (4): 133～ 138. [3 ] 熊正烨, 吴奕初, 郑裕芳Λ光磁共振实验中测量 g F 值方法的改进[J ]. 物理实验, 2000, 20 (1): 3～ 4, 15. [ 4 ] 严雯, 王秋君Λ探讨光磁共振实验中测量 g F 值方 法[J ]. 物理实验, 2000, 20 (12): 40～ 42. [ 5 ] 米丽琴, 肖世发Λ 湛江地区地磁场的测定[J ]. 湛 江师范学院学报, 2001 (2) Λ [ 6 ] 邬鸿彦, 朱明刚Λ 近代物理实验[M ]. 北京: 科学 出版社, 1998Λ [ 7 ] 林木欣, 等Λ 近代物理实验教程[M ]. 北京: 科学 出版社, 1999Λ [ 8 ] 吴思诚, 王祖铨Λ 近代物理实验[M ]. 北京: 北京 大学出版社, 1995Λ (2002207217 收稿, 2002210225 收修改稿) 84 物理实验 第 22 卷 第 3 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved