弱電流的放大

1、弱電流的放大    實(shí)驗(yàn)26 弱電流的放大由于 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用運(yùn)算放大器(固體組件)放大弱電壓(電流)的原理2. 了解放大 (3-26-1)又從圖26-3可見:(3-26-2)(3-26-3)由(261)及(263)消去UC得 又 (3-26-4)因?yàn)?gt;>1, 又若 則(3-26-5)式(3-26-5)帶來了很有價值的結(jié)論,在滿足>>1及這兩個條件下,放大器的電壓放大倍數(shù)僅決定于外接的電阻Rf和Ri之比,因?yàn)殡娮璞旧砜梢宰龅煤軠?zhǔn)確而穩(wěn)定,所以放大倍數(shù)也可準(zhǔn)確,穩(wěn)定地隨意調(diào)節(jié).2. 運(yùn)算放大器的實(shí)際接線實(shí)驗(yàn)室的BG305運(yùn)算

2、放大器共有十二個引出腳,為了接線方便,各個腳焊接到一塊電路板上(圖3-26-4和圖3-26-5),其中第2腳為 輸入端,9為輸出端,7為地端,正負(fù)15伏電源按圖3-26-6接好后從11腳,7腳,5腳加到放大器上,實(shí)際接線時,還需要在6腳和10腳間加接防振 (1)用BG305和量程為1V的電表組成和的雙量程微安表.電路如圖3-26-7,虛線框內(nèi)為組裝成的徽安表,A,B是輸入端,1V的伏特計跨接在輸出端.先考察微安表的量程.因UC不大于1V,AV105故Ur不大于,又固體組件BG305的 端與地間的阻值rs約有,所以I2不大于10-10A,I2和I相比,通?？梢院雎?得:(3-26-6)既接上量程

3、為1伏特計,故對應(yīng)的微安表量程為;對應(yīng)于的微安表量程為.再考察微安表的內(nèi)阻,微安表的內(nèi)阻應(yīng)等于微安表輸入端A,B間的電壓除以輸入電流.從圖3-26-7,可見,代入(3-26-6)得(3-26-7)對應(yīng)于20 量程,其內(nèi)阻 對應(yīng)于2量程,其內(nèi)阻可見,它們的內(nèi)阻比普通徽安表小得多.(2)用BG305和量程為1V的電表組成雙量程的伏特表.方法跟普通的電流表改裝成完全相同,選按圖26-7裝成2的微安表,再串接擴(kuò)程電阻即成伏特計.伏特計的量程V應(yīng)等于.對應(yīng)于量程為1伏特計,應(yīng)串聯(lián)的;對應(yīng)于量程為0.1V的伏特計,應(yīng)串聯(lián)的.由于這兩個量程的伏特計都是由的微安表改裝而成,故伏特計的內(nèi)阻為,即 .和普通伏特計

4、相比,每伏特歐姆數(shù)高得多.(3)擴(kuò)BG305量程為1V的電表組成歐姆計,線路如圖3-26-9.虛線框內(nèi)為歐姆計,待測電阻 接在反饋電阻的位置,即d,c兩點(diǎn). 選用不同的E和,可以構(gòu)成不同量程的歐姆計,例如選E=0.5V,Ri=25k,因UC是量程為1V的伏特表,故得到的歐姆計量程為: .這樣構(gòu)成的歐姆計和一般萬用電表的歐姆計有些不同:這些零歐姆在電表的零點(diǎn)(一般萬用電表零歐姆在電表滿度處);它的刻度是線性的(一般萬用電表的歐姆刻度是非線性的),這都是這綿優(yōu)點(diǎn),但它也有缺點(diǎn),一是對電源E的數(shù)值要求經(jīng)較準(zhǔn)些,二是每次更換RS時,必須先把 b,c兩點(diǎn)短路,接好Rx后才能取下d,c的短路線,否則,輸出

5、端可能有很大的電壓,損壞(1伏的)伏特表.四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 對照圖3-26-4,圖3-26-5和實(shí)物,詳細(xì)考察BG305的接線,并按照圖3-26-6接好正負(fù)電源,電源 1. 了解瑞利干涉儀測氣體折射率原理;2. 掌握調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的一般原則.二. 實(shí)驗(yàn)儀器瑞利干涉儀及配件三. 實(shí)驗(yàn)原理1. 設(shè)某氣體之密度為,其折射率為n,則由洛倫茨一洛倫茲公式有:因氣體的n接近于1,故上式可寫為(3-27-1)其中K,K/均為常婁,與氣體性質(zhì)有關(guān),當(dāng)氣體密度改變時,折射率相應(yīng)改變,有代入(3-27-1)式,得 (3-27-2)可以這樣改變氣體密度:把氣體裝到容積為 V的管子中,保持溫度T不變,用抽氣機(jī)抽去一部

6、分氣體,氣體的密度從變?yōu)?根據(jù)氣體狀態(tài)方程:(3-27-3)(表示氣體的質(zhì)量,是一摩爾氣體的質(zhì)量,R是普適氣體常數(shù),)得(3-27-4)由于T不變,于是有(3-27-5)代入(3-27-2)式,有(3-27-6)壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差都是容易測量的量,只要測出壓強(qiáng)改變時對應(yīng)的折射率的改變,就可以算出壓強(qiáng)溫度T下的折射率n來.2. 瑞利干涉儀測量的原理:將一線狀光源用雙縫分成相干光束,在其中的一束光的光路上放進(jìn)一個媒質(zhì)管,管長為,當(dāng)管內(nèi)氣體壓強(qiáng)改變時,氣體折射率相應(yīng)改變,于是兩束光的光程差也有改變,改變量為,光程差的改變引起干涉條紋的移動,若光波波長,則原第K1級的條紋變成第K2級的條紋,條紋移動數(shù)故有(

7、3-27-7)代入(3-27-6)式得 (3-27-8)3. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下折射率n0的計算:氣體的折射率一般指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的折射率,由氣體狀態(tài)方程(3-27-9)得 (3-27-10)其中 ,四 儀器介紹圖3-27-1是本實(shí)驗(yàn)所用瑞利干涉儀的俯視光路圖,全套設(shè)備放在一個光具座上,光源N(鈉光燈)發(fā)出的單色光經(jīng)透鏡L1,會聚后照射到單狹縫S1,S1位于長焦距透鏡L2的焦面上,光通過L2后形成平行光,雙縫S2用以產(chǎn)生兩相干光束.媒質(zhì)管為一矩形長管子,兩端用平板玻璃密封.管身有兩個出口,一個通氣壓計,另一個通抽氣機(jī),當(dāng)抽氣機(jī)工作后,管內(nèi)氣體密度減小,折射率隨之改變.管內(nèi)外氣體的壓強(qiáng)差由氣壓計讀出,媒質(zhì)

8、管位置要安放得準(zhǔn)確,使雙縫產(chǎn)生的兩相干光束之一的下半部通過媒質(zhì)管,迎著光束觀察,應(yīng)該看見如圖3-27-2(a)的景象才算合適,L3是長焦距透鏡,相干光束經(jīng)L3會聚,在B處附近形成干涉條紋,由于兩相干光束的上半部均未通過媒質(zhì)管而下半部有一光束通過媒質(zhì)管,故干涉圖樣是兩套平行排列的條紋,如圖3-27-2(b),B是柱狀透鏡,起橫向放大作用,用以加寬干涉條紋的橫向視距.透鏡B的質(zhì)量影響到條紋的形狀,質(zhì)量不佳會造成條紋彎曲.當(dāng)媒質(zhì)管內(nèi)氣體密度變化時,下半部相干光束產(chǎn)生的干涉條紋將發(fā)生移動,比較兩組干涉條紋的相對位置可以讀出干涉條紋的移動數(shù).五. 實(shí)驗(yàn)步驟要使瑞利干涉儀產(chǎn)生清晰可見的干涉條紋,必須做好三

9、點(diǎn):1,各元件必須嚴(yán)格共軸.2,單縫,雙縫,柱透鏡軸必須嚴(yán)格平行.3,在調(diào)節(jié)單縫至很窄的同時,仍有足夠的光強(qiáng).使透鏡L1的光軸和導(dǎo)軌平行,光源,單縫位在L1的光軸上,并注意要利用鈉光燈的最明亮部分把單縫 六. 問題討論1. 兩干涉光束的程和什么因素有關(guān) 從理論上說,媒質(zhì)管長度取長些好,還是短些好 實(shí)際上呢 2. 干涉條紋兩亮線的間距和哪此地因素有關(guān) 透鏡L2和L3的焦距選大些好,還是小些好 3. 柱狀透鏡B起什么作用 為什么不用球面透鏡 4. 單狹縫為什么要窄,它的臨界寬度和什么因素有什么關(guān) 試就本實(shí)驗(yàn)作出估計.5. 透鏡L1起什么作用 在本實(shí)驗(yàn)的條件下,L1應(yīng)選取焦距,口徑多大的透鏡為宜 6

10、. 如果雙縫不跟單縫平行,還能看見干涉條紋嗎 為什么 如果不放進(jìn)媒質(zhì)管,是否仍有干涉條紋 7. 總結(jié)一下本實(shí)驗(yàn)的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)28 阿貝成象原理和空間濾波一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 結(jié)合所學(xué)的傅里葉光學(xué)的理論,加深對光學(xué)中空間頻譜和空莘濾波等概念的理解.2. 熟悉阿貝成象原理,進(jìn)一步了解透鏡孔徑對分辨率的影響.二. 實(shí)驗(yàn)儀器激光器,白光光源,不同焦距的薄透鏡若干個,可變狹縫光闌,可變圓孔光闌和全息光柵.三. 實(shí)驗(yàn)原理1. 傅里葉變換在光學(xué)成象系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)一光場在xy平面上的振幅分布為可以將這將這樣一個空間分布展開為一系列基元函數(shù)的線性疊加,即(3-28-1)式中,分別為x,y方向的空間頻率

11、,量綱為;是相應(yīng)于空間頻率為,的基元函數(shù)的權(quán)重,也稱為光場的空間頻譜,可由下式求得:(3-28-2)和(實(shí)際上是對同一光場的兩種等效的描述.當(dāng)是一個空間的周期性函數(shù)是,其空間頻率是不連續(xù).例如空間頻率為的一維透射光柵,其透射光振幅分布右展開成級數(shù):(3-28-3)相應(yīng)的空間頻率 , ,.2. 阿貝成象原理傅里葉變換在光學(xué)成象中的重要性,早在顯微鏡的研究中顯示出來.阿貝在1873年提出了顯微鏡的成象大批量,并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究,阿貝認(rèn)為,在相干光照明下,顯微鏡的成象可分為兩個步驟:第一個步聚是通過物的衍射光在物鏡后焦面上形成一個初級干涉圖;第二個步驟則為物鏡后焦面上的初級干涉圖復(fù)合為(中間)象

12、,這個象可以通過目鏡觀察到.這兩個步驟本質(zhì)上就是兩次傅里葉變換.如果物的振幅分布是,可以證明在物鏡后焦面上的光強(qiáng)分布正好是的傅里葉變換,其中: ,;為波長,F為物鏡焦焦距.所以,第一步驟的作用就是把一個光場的空間分布變成為空間頻率分布,而第二個步驟則是一次傅氏變換,將又還原到空間分布.圖3-28-1顯示了成象的這兩個步驟,為了方便起見,我們假設(shè)物是一個一維光柵.平行光照在光柵上,透射光經(jīng)衍射分解為不同方向傳播的很多不平行光.經(jīng)進(jìn)物鏡分別聚焦在后焦面上形成點(diǎn)陣.我們知道這一點(diǎn)陣就是光柵的夫瑯和費(fèi)衍射圖,光軸上一點(diǎn)是0級衍射,其他依次為 ,級衍射.從傅氏光學(xué)來看,這些光點(diǎn)正好相應(yīng)于光柵的各傅里葉分

13、量.0級為"直流"分量,相應(yīng)于式(3-28-3)中n=0的那一項(xiàng),這分量在象平面上產(chǎn)生一個均勻的照度.級稱為基頻分量,相應(yīng)于式(3-28-3)中折那一項(xiàng),這兩分量產(chǎn)生一個相當(dāng)于空間頻率為即原來光柵空間頻率)的余弦光柵的象;級稱為倍頻分量,相應(yīng)于n=2的項(xiàng),在象平面上產(chǎn)生一個空間頻率為的余弦光柵象,其他依次類推.更高級的傅里葉分量將在象平面上產(chǎn)生更精細(xì)的余弦光柵條紋.因此物鏡后焦面的振幅分布就反映了光柵(物)的空間頻譜,這一后焦面也稱為頻譜面,或傅氏變換面.在成象的第二步驟中,這些代表不同空間頻率的光束在象平面上又重新疊加而形成了象.只要物的所有衍射分量都無阻礙到達(dá)象平面,則

14、象就和物完全一樣.但一般說來,象和物不可能完全一樣,這是由于透鏡的孔徑是有限的,總有一部分衍射角度較大的高次成分(高頻信息)不能進(jìn)入到物鏡而被丟棄,所以象的信息總是比物的信息要少一些,高頻信息主要反映物的細(xì)節(jié).如果高頻信息受到了孔徑的陰擋而不能到達(dá)象平面,則無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù),也不可能在象平面上分辨這些細(xì)節(jié),這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因.特別當(dāng)物的結(jié)構(gòu)是非常精細(xì)(例如很密的光柵),或物鏡孔徑非常小時,有可能只有0級衍射(空間頻率為0)能通過,則在象平面上雖有光照,但完全不能形成圖象.3. 光學(xué)空間濾波上面我們看到在顯微鏡中物鏡的有限孔徑實(shí)際上起了一個高頻濾波的作用.它擋住了頻信息

15、,而只使低頻信息通過,這就啟示我們:如果在焦平面上人為地插上一些濾波(吸收板或移相板)以改變焦平面上的光振幅和位相,就可以根據(jù)需要改變象平面上的頻譜,這就叫做空間濾波.最簡單的濾波器就是把一些特種形狀的光闌插到焦平面上,使一個或幾個頻率分量能通過,而擋住其他的頻率分量,從而使象平面上的圖象只包括一種或幾種頻率分量,對這些現(xiàn)象的觀察能使我們對空間傅里葉變換和空間濾波有更明晰的概念.四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 解釋阿貝象原理的實(shí)驗(yàn)一(1)以一個50條/毫米的光柵作為物放在光具座上,用激光器發(fā)生的一束平行光垂直照射光柵.(2)用一焦距約為6厘米的薄凸透鏡組裝一個放大的成象系統(tǒng),調(diào)節(jié)透鏡位置,使光柵條紋清晰地

16、成象在約四米以外的屏幕上,調(diào)節(jié)光柵,使象上條紋沿垂直方向.光路如圖3-28-2所示(3)此時物(光柵)的位置接近于透鏡的前焦面,透鏡的后焦面為其傅氏面,該面上光振幅分布即為物的空間頻譜.用一塊毛玻璃在透鏡后焦面附近慢慢移動,在透鏡后焦面(即傅氏面)上可以觀察到一些水平排列的等間距的清晰光點(diǎn)(如圖3-28-3).這些光點(diǎn)相應(yīng)于光柵的0,級衍射極大值.用尺(或游標(biāo)卡尺)大約測出各光點(diǎn)與中央最大亮點(diǎn)的距離,從以及透鏡焦距F,光波波長,求出這些光些光點(diǎn)相應(yīng)的空間頻率.(4)在透鏡后焦面處放一可調(diào)狹縫作為光闌,擋去0級以外的各光點(diǎn)(如圖3-28-3B),此時在屏幕上雖有足夠的光強(qiáng),但卻不能看到光柵條紋象

17、,為什么 (5)調(diào)節(jié)光闌,使通過0級和極大值(如圖3-28-3C),而擋去級以上的各光點(diǎn),這時象上有沒光柵條紋 (6)繼續(xù)打開光闌,使級或更高級的衍射都能通過,這時出現(xiàn)的象和僅有0, 級極大時的象有沒有區(qū)別,為什么 (7)在傅氏面上用一光闌僅僅擋去級,而保留零級以及級以上極大值(見圖3-28-3D),觀察象上條紋寬度有什么變化 (可用卡尺測理10個條紋寬度作比較.)(8)在傅氏面上用光闌擋去零級,保留其余(見圖3-28-3E),觀察象上條紋的變化.從上面這些實(shí)驗(yàn)如何理解透鏡后焦面正是物的傅里葉變換面,如何從空間頻譜的角度來理解0級,級和級極大值的物理意義 2. 解釋阿貝成象原理的實(shí)驗(yàn)二(1)保

18、留上述光路,用一個正交全息光柵代替上面的一維光柵,調(diào)節(jié)光柵,使象上條紋分別處于垂直和水平的位置.這是在透鏡后焦面上觀察到二維的分立光點(diǎn)陣(即正交光柵的頻譜),而在象平面上則看到正交光柵的放大象(如圖3-28-4A).(2)如果在透鏡后焦面上加一小的光闌,僅僅使中間軸上的光點(diǎn)通過,則在象平面雖有光斑,但看不到圖象(如圖3-28-4B).(3)如用一個垂直的狹縫光闌,僅使通過光軸垂直的一列光通過,其他光點(diǎn)被擋住,則在象平面上只觀察到水平條紋,而看不到垂直條紋(如圖3-28-4C).如將光闌繞軸轉(zhuǎn)900,則象平面上只看到垂直條紋而看不到橫條紋.(4)再將狹縫光闌轉(zhuǎn)450角(如圖3-28-4D),此時

19、觀察到象平面上條紋是怎樣的 條紋的寬度有什么變化 試從二維傅里葉變換說明透鏡后焦面上二維點(diǎn)陣的物理意義,并解釋以上改變光闌得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:3. 空間濾波實(shí)驗(yàn)一由 光磁共振是把光頻躍遷, 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光磁共振原理2. 學(xué)習(xí)研究光磁共振的方法二. 實(shí)驗(yàn)儀器光磁共振儀,示波器等.三. 實(shí)驗(yàn)原理磁共振現(xiàn)象主要表現(xiàn)為塞曼子能級的粒子數(shù)的變化.磁共振趨向于使塞曼子能級的粒子數(shù)相等,因此,這些子能級初始時的粒子數(shù)之差愈大,所產(chǎn)生的作用也愈大.當(dāng)研究基態(tài)子能級時,不存在磁共振時的初始粒子數(shù)是由介質(zhì)中的熱平衡決定的.假若絕對溫度T很低,而磁場B強(qiáng),可以得到熱平衡中大的粒子數(shù)差.然而,在平常的溫度下及

20、弱磁場中,熱平衡中各子能級的粒子數(shù)的差很小,因此,探測磁共振是非常困難的.幸好基態(tài)子能級間的粒子數(shù)差,可以助子光抽運(yùn)獲得可觀的變化.法國物理學(xué)家卡斯特勒(Kastler)子1950年所發(fā)明創(chuàng)造的光學(xué)抽運(yùn)是一種能產(chǎn)生或增大塞曼子能級之間的粒子數(shù)差的方法.這種方法的原理是建立在"當(dāng)原子與輻射之間進(jìn)行交換時,角動量守桓"這一基礎(chǔ)上的.雖然光抽運(yùn)方法的首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證直至1952年才發(fā)表,但是由子卡斯特勒(Kestler)對這個領(lǐng)域的創(chuàng)造性的貢獻(xiàn),使他在1966年榮獲諾貝爾物理獎.光抽運(yùn)技術(shù)在基礎(chǔ)物理研究上,在量子頻標(biāo),激光技術(shù)和精確測定磁場等技術(shù)領(lǐng)域里有著廣泛的應(yīng)用.通過本實(shí)驗(yàn)我們可

21、以加深對原子空間取向,核自旋,核磁矩,原子超精細(xì)結(jié)構(gòu),光躍遷及磁共振的理解.1. 銣原予基態(tài)及最低激發(fā)態(tài)的能級本實(shí)驗(yàn)所研究的對象是堿金屬原子銣(Rb)天然銣中含大量的同位素有兩種:Rb85占72.15%,Rb87占27.85%.銣和其它堿金屬原子樣,在緊緊束縛的滿殼層外有一個電子,其能級圖和氫的能級圖很相似.銣原子基態(tài)是52S1/2,即軌道量予數(shù)L=0,電子自旋量子數(shù)S=1/2.軌道角動量與自旋角動量耦合成總的角動量,其角動量為J.由于是LS耦合,J=L+S,.L-S.銣的基態(tài)只有J=1/2.銣的最低光激發(fā)態(tài)是52P1/2及52P3/2雙重態(tài).它們是由LS耦合產(chǎn)生的精細(xì)結(jié)構(gòu),軌道量子數(shù)L=1,

22、自旋量子數(shù)S=1/2.52P1/2態(tài),J=1/2.52P3/2態(tài),J=3/2.在5P與5S能級之間產(chǎn)生的躍遷是銣原子主線系的第一條線,為雙線.在銣燈的光譜中強(qiáng)度特別大.52P1/2和52S1/2的躍遷產(chǎn)生的譜線為D1線,波長是7948埃,52S1/2的躍遷產(chǎn)生的譜線為D2線,波長是7800埃.原子物理中以給出核自旋I=0的原子的價電子LS耦合后總角動量與原子總磁矩的關(guān)系:(3-29-1)(3-29-2)現(xiàn)在討論I0的情況,Rb87的I=3/2,Rb85的I=5/2.設(shè)核自旋角動量為,核磁矩為.與耦合成,有.耦合后的總量子數(shù)F=I+J,I-J.當(dāng)J>I時,F有(2I+1)個可能值.當(dāng)J&g

23、t;KT,所以,N1>>N2.即原子主要分布在基態(tài)52S1/2上,分布在52P1/2上的原子數(shù)是很少的.但對超精細(xì)能級F1 和F2及其塞曼子能級,因E<0時,右旋進(jìn)動,起作用的是右旋圓偏振磁場(圖3-29-2).當(dāng)1滿足共振條件:(3-29-7)即塞曼子能級之間將產(chǎn)生磁共振.本實(shí)驗(yàn)中的個主要過程是被抽運(yùn)到基態(tài)mF=2子能級上的大量粒子由于射頻場B1的作用產(chǎn)生磁偶極子的受激發(fā)射躍遷,即由mF=+2躍遷到mF=+1(當(dāng)然也有mF=+1mF=0,).同時由于抽運(yùn)光的存在,處于基態(tài)非mF=+2子能級上的粒子又將被抽運(yùn)到mF=+2的子能級上.磁共振與光抽運(yùn)將達(dá)到個新的動態(tài)平衡.在產(chǎn)生磁

24、共振時使得原子能態(tài)在各塞曼子能級間重新分布,原有的極化被破壞了.在產(chǎn)生磁共振時mF+2各子能級上的粒子數(shù)比不共振時要大,從而使光學(xué)共振的光抽運(yùn)過程從頭開始,因此對光的吸收增大.(參看圖3-29-3)由于兩種共振現(xiàn)象相互依存,故總稱為光磁共振.(a)未發(fā)生磁共振時,mF=+2上粒子數(shù)多;(b)發(fā)生磁共振時,mF=+2粒子數(shù)減少,對光的吸收增加.由上可知使磁偶極子產(chǎn)生共振躍遷的外加電磁輻射有一定的條件:電磁輻射場的交變磁場H頻率必須和原子磁矩繞靜磁場H0進(jìn)動的頻率相等(對銣原子來說這一頻率正好在射頻范圍內(nèi)).(2)H必須和H0垂直且必須是圓偏振場.其轉(zhuǎn)動方向應(yīng)該與原子角動量的進(jìn)動方向一致.實(shí)際上我

25、們正是通過一對亥姆霍茲線圈給吸收池加上個垂直射頻場H,使HH0.由于H<<<H0,所以射頻場H1對水平直流場來說,是個含時間的微繞.當(dāng)射頻場的頻率等于(8)式出的頻率時,就產(chǎn)生了磁共振現(xiàn)象.5. 光探測照射到樣品上的光一方面起光抽運(yùn)的作用,另一方面透過樣品的光兼作探測光,一束光起了抽運(yùn)與探測兩個作用.前面已提到與磁共振相伴隨有對光吸收的變化,因此測光強(qiáng)的變化即可得到磁共振的信號,這就實(shí)現(xiàn)了磁共振的光探測.由于巧妙地將個低頻射頻光子(110MHz)的變化轉(zhuǎn)換成了一個高頻光頻光子(108MHz)的變化,這就把信號強(qiáng)度提高了78個量級.四. 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-29-4.光源用

26、高頻電極放電銣燈,其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好,噪音小,光強(qiáng)大.濾波片用干涉濾波片,透過率大于60% ,帶寬小于150埃,能很好地濾去D2光(D2光不利于的光抽運(yùn)).偏振片用高碘硫酸奎寧偏振片).四分之一波片用40m左右厚度的云母片.透鏡L1將光源發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄?焦距較小為宜,可用f=5到8cm凸透鏡.透鏡L2將透過樣品泡的平行光會聚到 在輔助源加電之前,應(yīng)檢查各聯(lián)線是否正確,將"垂直","水平","池溫","幅度"旋鈕調(diào)至最小,斷開吸收池加溫電流,"工作監(jiān)視"置于"燈溫".然后接通

27、電源,按下"預(yù)熱"按鍵,監(jiān)視"燈溫"約900C左右時(約30分鐘),再按下"工作"按鍵.否則容易損壞銣燈的振蕩電路.2. 觀測光抽運(yùn)信號先接通吸收池加溫電流,同時監(jiān)視池溫,掃場選擇"方波".再將指南針置于吸收池附近,調(diào)節(jié)掃場的方向和幅度,使掃場與地磁水平分量方向相反.然后旋轉(zhuǎn)偏振片,調(diào)節(jié)掃場幅度及垂直場大小和方向,可觀察到光抽運(yùn)信號,如圖3-29-5所示.再仔細(xì)調(diào)節(jié)光路聚焦,當(dāng)池溫約55時,光抽運(yùn)幅度最大.圖3-29-6反映了原予內(nèi)部的馳豫過程.當(dāng)池溫改變時,VS及均有較明顯的變化.地磁場對光抽運(yùn)信號有很大影響,特

28、別是地磁場的垂直分量.為抵消地磁場的垂直分量,安裝了對垂直方向的亥姆霍茲線圈.當(dāng)垂直方向磁場為零時,(地磁場的垂直分量被抵消)光抽運(yùn)的信號有最大值.3. 觀測光磁共振譜線(1)測量g因子掃場選擇三角波,射頻信號發(fā)生器調(diào)到某一確定的頻率.然后調(diào)節(jié)水平場電壓,并使其磁場方向與地滋水平分量和掃場方向相同,對應(yīng)圖3-29-7(a)波形,可讀出H1的電壓數(shù)值.再撥動水平場的方向開關(guān),使其方向與地磁水平分量和掃場方向相反,仍用上述方法,可得到H2的電壓數(shù)值.如圖3-29-7(b)所示這樣對應(yīng)于頻率的磁場值為H=(H1+H2)/2.即排除了地磁水平分量及掃場直流分量的影響.水平磁場的數(shù)值可從表示指示的水平電壓及水平亥姆霍茲線圈的參數(shù)來確定.為使測得g因子的誤差減小,可用數(shù)字頻率計測量射頻信號發(fā)生器的頻率,用數(shù)字電壓表測量水平磁場的電壓.由公式:(3-29-9)(3-29-10)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算出Rb87,Rb85的gF值.式中:B-波爾磁子 9.27×10-21爾格/高斯h-普朗克常數(shù) 6.63&