近代物理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二光泵磁共振實(shí)驗(yàn)在五十年代初期，法國物理學(xué)家卡斯特勒（A?H?Kastler）提出了光抽運(yùn)（opticalpumping,又稱光泵）技術(shù)，并發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了研究原子核磁共振的光學(xué)方法，因此于1966年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光抽運(yùn)（即光泵）是用圓偏振光束激發(fā)氣態(tài)原子的方法，以打破原子在所研究的能級(jí)間的玻耳茲曼熱平衡分布，造成所需的布居數(shù)差，從而在低濃度的條件下提高了核磁共振強(qiáng)度，這時(shí)再用相應(yīng)頻率的射頻場(chǎng)激勵(lì)原子的磁共振。在探測(cè)核磁共振方面，不是直接探測(cè)原子對(duì)射頻量子發(fā)射或吸收，而是采用光電探測(cè)的方法，探測(cè)原子對(duì)光量子的發(fā)射或吸收。由于光量子的能量比射頻量子高八個(gè)數(shù)量級(jí)，所以探測(cè)信號(hào)的靈敏度比一般磁共振探測(cè)技術(shù)高八個(gè)數(shù)量級(jí)。三十多年來，用光抽運(yùn)——磁共振——光電探測(cè)技術(shù)對(duì)許多原子、離子和分子進(jìn)行了大量研究，增進(jìn)了對(duì)微觀粒子結(jié)構(gòu)的了解。如對(duì)原子的磁矩、朗德因子g，能級(jí)結(jié)構(gòu)、塞曼分裂等，尤以對(duì)堿金屬原子（銣等）激發(fā)態(tài)精細(xì)與超精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究方面起了很大推動(dòng)作用。此外光抽運(yùn)技術(shù)在激光、原子頻標(biāo)和精測(cè)弱磁場(chǎng)等方面也都有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)以堿金屬一一銣（Rb）原子做為研究對(duì)象，所涉及的物理內(nèi)容豐富，應(yīng)用到原子物理學(xué)，光學(xué)，電磁學(xué)及無線電電子學(xué)等方面的知識(shí)，并定性或定量地了解到原子內(nèi)部的很多信息。它是典型的波譜學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。實(shí)驗(yàn)原理1、銣（Rb）原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)與超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)本實(shí)驗(yàn)研究氣態(tài)的自由原子——銣（Rb），它和所有堿金屬原子Li、Na、K一樣，在緊緊束縛的滿殼層外只有一個(gè)電子。銣的價(jià)電子處于第五殼層，主量子數(shù)n=5。n為5的電子，其軌道量子數(shù)L=0，1，2，3，4，（n-1）?；鶓B(tài)L=0，最低激發(fā)態(tài)L=1，電子自旋量子數(shù)s=1/2。由于電子的軌道運(yùn)動(dòng)與自旋的相互作用（即L-S耦含）而發(fā)生的能級(jí)分裂，稱為原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)（見圖1）軌道角動(dòng)量◎與自旋角動(dòng)量Ps合成為總角動(dòng)量P=Pl+匕原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)用總角動(dòng)量量子數(shù)J標(biāo)記，J=L+S，L+S-1,……，IL-SI。對(duì)基態(tài)，L=0和S=1/2，因此Rb基態(tài)J=0+1/2=1/2。其標(biāo)記為52S2/1oRb最低激發(fā)態(tài)，L=1和S=1/2,因此J=1/2和J=3/2，是雙重態(tài)：52P1/2和52P3/2o5P與5S能級(jí)之間產(chǎn)生躍遷是Rb原子主線系第1條線，為雙線。它在銣燈光譜中強(qiáng)度是很大的。52P1/2f52S1/2躍遷產(chǎn)生波長為7947.6A為D1譜線，52P3/2-52S1/2躍遷產(chǎn)生波長為7800A為D2譜線。

原子的價(jià)電子在LS耦合中，原子的電子總磁矩〃j與總角動(dòng)量的關(guān)系為— eB卩二gCPjj2m je式中g(shù).是原子的朗德因子，計(jì)算公式為j1丄j(j+1)—1(l+1)+s(S+1)g=1+j 2j(j+1)⑴、⑵式表達(dá)了單電子原子總磁矩的數(shù)值與總角動(dòng)量P.?值的關(guān)系。核也具有自旋和磁矩，而核磁矩與原子的電子總磁矩之間相互作用造成能級(jí)的附加5啓圖2"耦合超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)F=2分裂，稱為超精細(xì)結(jié)構(gòu)，如圖5啓圖2"耦合超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)F=2動(dòng)量P與電子總動(dòng)量P耦合成P，IjFP二P+P，量子數(shù)F=I+j,II-jl。Rb87的IFIj=3/2，基態(tài)j=1/2，具有F=1和F=2兩個(gè)態(tài)；Rb85的I=5/2，基態(tài)j=1/2，具有F=3和F=2兩個(gè)態(tài)。因此，銣元素在自然中有兩種同位素：Rb87和Rb85(各占27.85%和72.15%)。整個(gè)原子的總角動(dòng)量PF與總磁矩作之間的關(guān)系可寫為式中g(shù)F是對(duì)應(yīng)于作與PF關(guān)系的朗德因子。考慮到核磁矩比電子磁矩小約三個(gè)數(shù)量級(jí)，作實(shí)際上為竹在PF方向的投影，從而得F(F+1)+J(J+1)-1(I+1)g=g-FbJ 2F(F+1)以上所述都是沒有外磁場(chǎng)的情況。如果原子處在外磁場(chǎng)B中，由于原子總磁矩作與B的相互作用，超精細(xì)結(jié)構(gòu)的各能級(jí)進(jìn)一步發(fā)生塞曼分裂形成塞曼子能級(jí)。用磁量子數(shù)Mf表示，則Mf=F，F(xiàn)-1，……，-F，即分裂成2F+1個(gè)子能級(jí)，其間隔相等。Rb87和FFRb85能級(jí)圖見圖3和圖4。原子的總磁矩作與外磁場(chǎng)B的相互作用能為：E=―卩-B=gP-B=g卩MB (5)F F2m FBF式中為玻爾磁子。各相鄰塞曼子能級(jí)的能量差為：

AE=gfdB AM=+1 (6)FB F可以看出，△E與B成正比。當(dāng)外磁場(chǎng)為零時(shí)，各塞曼子能級(jí)將重新簡(jiǎn)并為原來的能級(jí)。S丹“215"|/2秸細(xì)結(jié)構(gòu)Z-S?合在弱蔬場(chǎng)下塞曼分裂圖3Rb"的能級(jí)圖RF,S丹“215"|/2秸細(xì)結(jié)構(gòu)Z-S?合在弱蔬場(chǎng)下塞曼分裂圖3Rb"的能級(jí)圖RF,射頻躍遷+[稿細(xì)結(jié)構(gòu)-s輜合F=2趙精細(xì)結(jié)構(gòu)合圖4RI嚴(yán)的能級(jí)圖在弱複場(chǎng)下塞曼分裂常?/.甘62.??02、光抽運(yùn)會(huì)增大粒子布居數(shù)之差，以產(chǎn)生粒子數(shù)偏極化當(dāng)氣態(tài)Rb87原子受D]O+左旋圓偏振光照射時(shí)，遵守光躍遷選擇定則：△F=0，±1 △M=+1F在由52S2/1能級(jí)到52P2/1能級(jí)激發(fā)躍遷中，由于O+光子的角動(dòng)量為+，只能產(chǎn)生△F=±1的躍遷。基態(tài)Mf=+2子能級(jí)上原子若吸收光子就將躍遷到Mf=+3的狀態(tài)，但FF52P2/1各子能級(jí)最高為MF=+2，因此基態(tài)MF=+2子能級(jí)上的粒子就不能躍遷，換句2/1 F F話說就是其躍遷幾率為零。而由52P1/2-52S1/2的向下躍遷(發(fā)射光子)中，△Mf=0，±1/2 1/2 F1的各躍遷都是可能的。見圖5(a)(b)。從圖5中看出，經(jīng)過多次上下躍遷，基態(tài)中Mf=+2子能級(jí)上的粒子數(shù)只增不減，F(xiàn)

這樣就增大了布居數(shù)的差別，這種非平衡分布稱為粒子數(shù)偏極化。原子受光激發(fā)，在上下躍遷過程中使某個(gè)子能級(jí)上粒子過于群集稱之為光抽運(yùn)。光抽運(yùn)的目的就是要造成基泡內(nèi)的溫度過高或過低，也會(huì)使銣原子分布的偏極化減小，因此有個(gè)最佳溫度范圍，在40－60攝氏度之間。態(tài)能級(jí)中的偏極化，實(shí)現(xiàn)了偏極化就可以在子能級(jí)之間進(jìn)行磁共振躍遷實(shí)驗(yàn)了。在實(shí)驗(yàn)中為了保持原子分布的高度偏極化，延長馳豫過程(系統(tǒng)由非熱平衡分布狀態(tài)趨向平衡狀態(tài)的過程)，采取在銣樣品泡中充入10乇的密度較大的氮?dú)?，以便減少銣原子與容器及與其它銣原子碰撞的機(jī)會(huì)。此外，銣樣品5(a)(b)圖5態(tài)能級(jí)中的偏極化，實(shí)現(xiàn)了偏極化就可以在子能級(jí)之間進(jìn)行磁共振躍遷實(shí)驗(yàn)了。在實(shí)驗(yàn)中為了保持原子分布的高度偏極化，延長馳豫過程(系統(tǒng)由非熱平衡分布狀態(tài)趨向平衡狀態(tài)的過程)，采取在銣樣品泡中充入10乇的密度較大的氮?dú)?，以便減少銣原子與容器及與其它銣原子碰撞的機(jī)會(huì)。此外，銣樣品5(a)(b)圖5(a)Rb87吸牧光受激躍遷，必尸=+2粒子躍遷幾率為零(b)Rb87澈發(fā)態(tài)無幅射躍遷，以相等幾率返回基態(tài)3、塞曼子能級(jí)之間的磁共振因光抽運(yùn)而使Rb87原子分布偏極化達(dá)到飽和以后，銣蒸氣不再吸收D]O+光，從而使透過銣樣品泡的Dp+光增強(qiáng)。這時(shí)，在垂直于產(chǎn)生塞曼分裂的磁場(chǎng)B的方向加一頻率為v的射頻磁場(chǎng)，當(dāng)v和B之間滿足磁共振吸收條件時(shí)hv=g卩BFB在塞曼子能級(jí)之間產(chǎn)生感應(yīng)躍遷，稱為磁共振。躍遷遵守選擇定則△F=0， △M=±1F銣原子將從Mf=+2的子能級(jí)向下躍遷到各子能級(jí)上，即大量原子由Mf=+2的能級(jí)躍FF遷到M=+1，見圖6。F(a) (b)圖6 （a）未發(fā)生磁共振時(shí)狀態(tài)（b）發(fā)生共振時(shí)，肚戸=+2能級(jí)上粒子數(shù)減小，對(duì)(a) (b)圖6 （a）未發(fā)生磁共振時(shí)狀態(tài)（b）發(fā)生共振時(shí)，肚戸=+2能級(jí)上粒子數(shù)減小，對(duì)6曠+吸收增加FMF=+2等各子能級(jí)F上。磁共振破壞了原子分布的偏極化，但同時(shí)原子又繼續(xù)吸收入射的D]O+光而進(jìn)行新的抽運(yùn)，而透過樣品泡的光變?nèi)趿?。隨著抽運(yùn)過程的進(jìn)行，粒子又從MF=—2，—1，0，+1各子能級(jí)被抽運(yùn)到FMf=+2的子能級(jí)上。隨著粒子數(shù)的偏極化，透射光再次增強(qiáng)。這樣，光抽運(yùn)與感應(yīng)磁共F振躍遷達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。由于光躍遷速率比磁共振躍遷速率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此光抽運(yùn)與磁共振的過程可以連續(xù)地進(jìn)行下去。Rb85有類似的情況，只是DQ+光將Rb85抽運(yùn)到基態(tài)Mf=+3的子能級(jí)上，在共振1F時(shí)又跳到M=+2，+1，0，—1，—2，—3等子能級(jí)上。F在實(shí)驗(yàn)時(shí)，射頻（場(chǎng)）頻率v和產(chǎn)生塞曼分裂的磁場(chǎng)B，兩者可以固定一個(gè)改變一個(gè),以滿足磁共振條件⑸式。改變頻率稱“掃頻法”，改變磁場(chǎng)稱“掃場(chǎng)法”本實(shí)驗(yàn)裝置采用“掃場(chǎng)法”，亦可使用“掃頻法”。4、光探測(cè)投射到銣樣品泡上的D]O+光，一方面起光抽運(yùn)的作用，另一方面，透射光的強(qiáng)弱變化反映樣品物質(zhì)的光抽運(yùn)過程和磁共振過程的信息，因此又可以兼作探測(cè)光，用以觀察光抽運(yùn)和磁共振。這樣，對(duì)銣樣品加一射頻場(chǎng)（同時(shí)存在著使銣原子產(chǎn)生塞曼分裂的磁場(chǎng)），用Dp+光照射銣樣品泡，并探測(cè)透過樣品泡的光強(qiáng)，就實(shí)現(xiàn)了光抽運(yùn)一一磁共振——光探測(cè)的全過程。在探測(cè)過程中，射頻（106Hz）信息轉(zhuǎn)換成了頻率高的光頻（1014Hz）光子的信息，這樣就使信號(hào)功率大大提高了。實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由主體單元、電源、輔助源、射頻信號(hào)發(fā)生器及示波器五部分組成。見圖7。1、主體單元主體單元是該實(shí)驗(yàn)裝置的核心，如圖8所示。由銣光譜燈。準(zhǔn)直透鏡（內(nèi)有偏振片和1/4波片）、吸光池、聚光鏡、光電探測(cè)器及亥姆霍茲線圈組成。在圖8中，銣光譜燈是抽運(yùn)光源，它是一種高頻氣體放電燈，由高頻振蕩器，控溫裝置和銣燈泡組成。銣燈泡放在高頻振蕩回路的電感線圈中，在高頻電磁場(chǎng)的激勵(lì)下產(chǎn)生無極放電而發(fā)光。整個(gè)振蕩器連同銣燈泡放在同一恒溫槽內(nèi)，溫度控制在80?90°C。高頻振蕩器的頻率約為55~65MHz。一個(gè)為準(zhǔn)直透鏡，一個(gè)為聚光透鏡，兩透鏡的焦距均為77mm，它們使D10+光平行通過主體單元中央的銣“吸收池”，最后匯聚到光電池上。干涉濾光鏡水平磁場(chǎng)線圈/''射頻線圈:光電探迥器I:高頻；透鏡i攝蕩器［ i/4波片垂直磁場(chǎng)線圖主體單元示鳶圖在銣光譜燈出口處，安裝一個(gè)干涉濾光片,從銣光譜中選出中心波長入=7947.6A（D］一個(gè)為準(zhǔn)直透鏡，一個(gè)為聚光透鏡，兩透鏡的焦距均為77mm，它們使D10+光平行通過主體單元中央的銣“吸收池”，最后匯聚到光電池上。干涉濾光鏡水平磁場(chǎng)線圈/''射頻線圈:光電探迥器I:高頻；透鏡i攝蕩器［ i/4波片垂直磁場(chǎng)線圖主體單元示鳶圖銣吸收泡和射頻線圈置于圓柱形的恒溫槽內(nèi)，稱它為“吸收池”槽內(nèi)溫度約在55C左右。銣吸收泡內(nèi)充滿天然銣和惰性緩沖氣體（氮）在銣樣品泡（①=52mm）外兩側(cè)對(duì)稱放置一對(duì)射頻線圈，它為銣原子磁共振躍遷提供射頻場(chǎng)?！拔粘亍卑卜旁趦蓪?duì)亥姆霍茲線圈的中心。小的一對(duì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)用來抵消地磁場(chǎng)的垂直分量。大的一對(duì)線圈有兩個(gè)繞組，一組在外，為產(chǎn)生水平直流磁場(chǎng)的線圈，它使銣原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)產(chǎn)生塞曼分裂。另一組在內(nèi)，為掃場(chǎng)線圈，掃場(chǎng)是在直流磁場(chǎng)上疊加的一個(gè)調(diào)制磁場(chǎng)（方波或三角波）。光電探測(cè)器接收透射光強(qiáng)度的變化，并把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后從示波器上顯示出來（放大器倍數(shù)大于100）。2、 主電源

主電源為主體單元提供三組直流電；第I路是0?1A可調(diào)穩(wěn)流源，為水平磁場(chǎng)提供電流；第II路是0?0.20A可調(diào)穩(wěn)流源，為垂直磁場(chǎng)提供電流；第III路是24V/2A穩(wěn)壓源，為銣光譜燈、控制電路、掃場(chǎng)提供電壓。電源箱上有兩塊數(shù)字表，分別指示水平場(chǎng)、垂直場(chǎng)的電流大小。其面板圖如圖9所示。圖10Q)輔助源前面板(b)輔助源后面板◎@圖10Q)輔助源前面板(b)輔助源后面板◎@◎射必諭入擔(dān)場(chǎng)謝用處按門煬I水平場(chǎng)穂流電源II垂自場(chǎng)穩(wěn)流慮源IU穩(wěn)壓巨源IV元提供三角波、方波掃場(chǎng)信號(hào)及溫度控制電路等。射頻信號(hào)是先輸入輔助源，再由24芯電纜將輔助源與主體單元聯(lián)接起來。輔助源上設(shè)有水平場(chǎng)、垂直場(chǎng)和掃場(chǎng)方向的控制開關(guān)及銣光譜燈和“吸收池”的控溫指示。其前、后面板如圖10(a)、(b)所示。4、 射頻信號(hào)發(fā)生器射頻信號(hào)發(fā)生器為通用儀器，頻率范圍選100KHz?2MHz,輸出功率在50Q負(fù)載上不小于0.5W，并且輸出幅度要可調(diào)節(jié)的。要想準(zhǔn)確測(cè)出射頻信號(hào)頻率，最好再接入一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)。射頻發(fā)生器是為“吸收池”中的射頻線圈提供射頻電流，使其產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)，以便激發(fā)銣原子產(chǎn)生光磁共振躍遷。實(shí)驗(yàn)步驟1、 儀器的調(diào)節(jié)

⑴為了作好實(shí)驗(yàn)，應(yīng)先用磁針確定地磁場(chǎng)的方向。主體單元的光軸要與地磁場(chǎng)的水平方向平行。⑵主體單元的光學(xué)元件應(yīng)調(diào)成等高共軸。調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡得到較好的Dp+平行光束，穿過銣樣品泡并射到聚光鏡上。因銣燈不是點(diǎn)光源，不能得到一個(gè)完全的平行光束，但仔細(xì)調(diào)節(jié)，再通過聚光鏡可使銣燈到光電池上的總光量為最大，俾可得到良好的信號(hào)。⑶按“預(yù)熱”鍵，加溫銣樣品泡，使槽內(nèi)溫度在55°C左右；同時(shí)加溫銣光譜燈，使溫度到達(dá)90C左右并穩(wěn)定。將“垂直場(chǎng)”、“水平場(chǎng)”、“掃場(chǎng)”幅度調(diào)至最小，按電源開關(guān)，30分鐘后，燈溫、池溫指示燈點(diǎn)亮，表明實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)入工作狀態(tài)。2、 觀測(cè)光抽運(yùn)信號(hào)掃場(chǎng)方式選擇“方波”，調(diào)掃場(chǎng)幅度。在方波掃場(chǎng)加入銣樣品泡的瞬間，Rb原子基態(tài)中各塞曼子能級(jí)上的粒子數(shù)接近熱平衡，即各子能級(jí)上的粒子數(shù)大致相等。因此這一瞬間有總粒子數(shù)的7/8的粒子在吸收Dp+光，對(duì)光的吸收最強(qiáng)，而透過銣樣品泡的光最弱。隨著粒子逐漸被抽運(yùn)到Mf=+2子能級(jí)上，能吸收D&+光的粒子減少，透過銣樣F1品的光逐漸增強(qiáng)。當(dāng)抽運(yùn)到Mf=+2子能級(jí)上的粒子數(shù)達(dá)到飽和時(shí)，透過銣樣品泡的光F達(dá)到最大且不再變化。這TOC\o"1-5"\h\z時(shí)改變掃場(chǎng)的方向時(shí)，光抽運(yùn)信號(hào) / / 廠（將磁針放在吸收池上 挾形 f /邊，設(shè)置掃場(chǎng)方向與地磁 『場(chǎng)水平方向相反，并預(yù)置 垂直場(chǎng)電流為0.07A左右， 掃場(chǎng)波形用以抵消地磁場(chǎng)垂直分 量），各塞曼子能級(jí)上的粒 亠子數(shù)又近似相等，對(duì)D]O+光的吸收又達(dá)到最大值。這樣，通過調(diào)節(jié)掃場(chǎng)方向及幅度及垂直場(chǎng)的大小和方向，便能觀察到光抽運(yùn)信號(hào)。如圖11所示。3、 觀測(cè)光磁共振譜線光抽運(yùn)信號(hào)反映兩個(gè)能帶間的光學(xué)躍遷，即分別由52S1/2和52Pi/2分裂而形成的超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)。光磁共振信號(hào)則反映塞曼子能級(jí)之間的射頻躍遷。光磁共振破壞了粒子分布的偏極化，從而引起新的光抽運(yùn)。這兩種信號(hào)都是由透過樣品泡的光強(qiáng)變化來探測(cè)的所以，從探測(cè)到的光強(qiáng)變化如何鑒別所發(fā)生的是單純光抽運(yùn)過程，還是光磁共振引起的要根據(jù)它們產(chǎn)生的條件來區(qū)分。觀測(cè)光磁共振譜線時(shí)選用三角波掃場(chǎng)。將水平場(chǎng)電流預(yù)置為0.200A左右，垂直場(chǎng)的大小方向不變。調(diào)節(jié)射頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，或調(diào)節(jié)水平場(chǎng)電流大小，可觀察到光磁共振信號(hào)。如圖12所示。在實(shí)驗(yàn)過程中區(qū)分Rb87還是Rb85的共振譜線的方法是，當(dāng)水平磁場(chǎng)不變時(shí)，頻率高的為Rb87共振譜線，頻率低的為Rb85共振譜線。當(dāng)射頻率不變時(shí)，水平磁場(chǎng)大的為Rb85共振譜線；水平磁場(chǎng)小的為Rb87共振譜線。4、 測(cè)量gF因子為研究銣原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，測(cè)準(zhǔn)gF因子是很有用的。我們用亥線霍茲線圈軸線中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的運(yùn)算公式：B=16B=16二NLX10-7(T)■s53/2-rHII0H00(b)(a)H2?共振信號(hào):共振信號(hào)boc,hoc圖12光磁共振信號(hào)掃場(chǎng)固定射頻磁場(chǎng)的頻率（v）,垂直場(chǎng)的大小方向不變，這時(shí)調(diào)節(jié)式中HII0H00(b)(a)H2?共振信號(hào):共振信號(hào)boc,hoc圖12光磁共振信號(hào)掃場(chǎng)固定射頻磁場(chǎng)的頻率（v）,垂直場(chǎng)的大小方向不變，這時(shí)調(diào)節(jié)s水平場(chǎng)電流。（兩個(gè)水平磁場(chǎng)線圈是并聯(lián)的）。測(cè)量gF因子采用“調(diào)場(chǎng)法”，用三角波掃場(chǎng)，固定"0,先使水平磁場(chǎng)（B〃）方向分別與三角波掃場(chǎng)（B掃）方向和掃地磁場(chǎng)水平分量（Bd11）d11方向相同，簡(jiǎn)稱“同向”。B〃的大小，當(dāng)出現(xiàn)光磁共振信號(hào)波形時(shí)，如圖12（a）所示，記錄此時(shí)水平電流I1值,//s1再使B與BB掃“反向”，這時(shí)再調(diào)節(jié)B〃的大小，當(dāng)出現(xiàn)光磁共振信號(hào)波形時(shí)，如// d11 掃 //圖12（b）所示，記錄此時(shí)I2值，由于采用“換向法”排除了地磁場(chǎng)水平分量和掃場(chǎng)直2流分量的影響，于是得到引起塞曼能級(jí)分裂的水平方向磁場(chǎng)。B=6+B》2。// S1 S2'當(dāng)這個(gè)水平磁場(chǎng)B//值與射頻頻率v滿足光磁共振條件⑺式hv=g卩B0FB//時(shí)，于是便求出hvg= 0 ⑼fpBB//式中%是玻爾磁子，〃b=9.274X10-24J/T,v0=（v1+v2）/2是共振頻率，h是普朗克常數(shù)，h=6.626X1O-34J?S，B心是水平共振磁場(chǎng)數(shù)值。（實(shí)際上水平方向的總磁場(chǎng)B=B”工水平 總 水平+B +B掃，地磁場(chǎng)的水平分量是B和掃場(chǎng)B掃直流部分，通過換向法已消除，而B地地11 掃 地11 掃 地的垂直分量早已抵消。因此B總=3水平。）總水平

樣品中銣的兩種同位素Rb87和Rb85都存在，而且都能被D]d+光軸運(yùn)產(chǎn)生磁共振。為了分辨是Rb87還是Rb85參與了磁共振，可以根據(jù)它們與偏計(jì)劃有關(guān)能態(tài)的朗德因子g”不同加以區(qū)分。對(duì)于Rb87，由基態(tài)中F=+2態(tài)德朗德因子g”,可知Vo/Bo=gpyb/h—0.700MHz/Gs；對(duì)于Rb85，由基態(tài)中F—+3態(tài)的朗德因子gF，可知v0/B0=gFyB/h—0.467MHz/Gs。最后由實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出Rb87和Rb85的gF郎德因子值，并與其理論值進(jìn)行比較。4、測(cè)量地磁場(chǎng)測(cè)量地磁場(chǎng)利用“調(diào)頻法”先使B掃和B〃與地磁場(chǎng)Bd//水平方向分量相同，測(cè)得兒。掃 // d// 1再按動(dòng)掃場(chǎng)和水平場(chǎng)的方向開關(guān)