7-7光泵磁共振实验 光磁共振,是把光频跃迁和射频磁共振跃迁结合起来的一种物理过程, 是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。所研究 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:87Rb占 2785%,85Rb占72.15% 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。本实验中应用了光探测的方法,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也都有很大的实 际应用价值。通过实验可加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。 实验目的: 1、了解光泵磁共振的原理,观察光磁共振现象 2、测量铷(Rb)原子的g因子及地磁场的大小 二.实验原理: 1、铷原子基态和最低激发态的能级 铷(Z=37)是一价金属元素,天然铷有两种稳定的同位素85Rb和87Rb 二者的比例接近2比1。它们的激态都是52S1,即电子的主量子数n=5, 轨道量子数L=0,自旋量子数S=1/2,总角动量量子数=1/2(LS耦合 在L一S耦合下,铷原子的最低激发态仅由价电子的激发所形成,其 轨道量子数L=1,自旋量子数S=l/2,电子的总角动量JL+S和L-S,即J=3/2 和/2,形成双重态:5Pm和5P,这两个状态的能量不相等,产生精细 分裂。因此,从5P到5的跃迁产生双线,分别称为D1和D2线,它们的 波长分别是7948m和7800nm(见图77-1) 通过L—S耦合形成了电子的总角动量P,与此相联系的核外电子的 总磁矩山为: gJ 2m 其中 8=/×J(J+1)-L(L+1)+S(S+1) 2J(J+1) 就是著名的 Longde因子,m是电子质量,e是电子电量。 原子核也有自旋和磁矩,核自旋量子数用Ⅰ表示。核角动量P1和核 外电子的角动量P耦合成一个更大的角动量,用符号Pp表示,其量子数1 7-7 光泵磁共振实验 光磁共振，是把光频跃迁和射频磁共振跃迁结合起来的一种物理过程, 是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。所研究 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：87Rb 占 27.85 %，85Rb 占 72．15%。 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。本实验中应用了光探测的方法，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也都有很大的实 际应用价值。通过实验可加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。 一．实验目的： 1、了解光泵磁共振的原理，观察光磁共振现象。 2、测量铷（Rb）原子的 F g 因子及地磁场的大小。 二．实验原理： 1、铷原子基态和最低激发态的能级 铷（Z=37）是一价金属元素，天然铷有两种稳定的同位素: 85Rb 和 87Rb, 二者的比例接近 2 比 1。它们的激态都是 5 2S1/2， 即电子的主量子数 n=5， 轨道量子数 L=0，自旋量子数 S=1/2，总角动量量子数 J=1/2（L—S 耦合）。 在 L—S 耦合下，铷原子的最低激发态仅由价电子的激发所形成，其 轨道量子数 L=1，自旋量子数 S=1/2，电子的总角动量 J=L+S 和 L-S，即 J=3/2 和 1/2，形成双重态：5 2 P1/2 和 5 2 P3/2，这两个状态的能量不相等，产生精细 分裂。因此，从 5P 到 5S 的跃迁产生双线，分别称为 D1 和 D2 线，它们的 波长分别是 794.8nm 和 780.0nm（见图 7-7-1）。 通过 L—S 耦合形成了电子的总角动量 PJ，与此相联系的核外电子的 总磁矩J为： J J PJ m e g   2  = − 其中 2 ( 1) ( 1) ( 1) ( 1) 1 + + − + + + = + J J J J L L S S gJ 就是著名的 Longde 因子，m 是电子质量，e 是电子电量。 原子核也有自旋和磁矩，核自旋量子数用 I 表示。核角动量 PI 和核 外电子的角动量 PJ 耦合成一个更大的角动量，用符号 PF 表示，其量子数