中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）光泵磁共振实验（PPT）

中圆不速大学 (华东】 近代物理实验 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 光泵磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance,NMR) 理学院近代物理实验室

近代物理实验 （Nuclear Magnetic Resonance，NMR） 光泵磁共振

法国物理学家卡斯特勒(Alfred Kastler) 提出了光抽运方法，获1966年度诺贝尔物理 学奖。 将光抽运与射频电磁场相结合产生磁共振的方法称为 光泵磁共振方法。该技术应用于微观粒子结构研究、 激光、电子频率标准和精测弱磁场等

法国物理学家卡斯特勒（Alfred Kastler） 提出了光抽运方法 ，获1966年度诺贝尔物理 学奖。 将光抽运与射频电磁场相结合产生磁共振的方法称为 光泵磁共振方法。该技术应用于微观粒子结构研究、 激光、电子频率标准和精测弱磁场等

主要内容 1.实验目的 2.实验原理 3.实验仪器 4.实验内容 5.注意事项 6.预习问题

2. 实验原理 3. 实验仪器 4. 实验内容 6. 预习问题 1. 实验目的 5. 注意事项 主要内容

实验目的 1.观察洳原子光抽运信号，加深对原子超精细结构和光抽运 过程的理解。 2.观察铷原子的光泵磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞 曼子能级的朗德因子。 3.学会用光泵磁共振的方法测量地磁场

实验目的 1. 观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构和光抽运 过程的理解。 2. 观察铷原子的光泵磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞 曼子能级的朗德因子。 3. 学会用光泵磁共振的方法测量地磁场

实验原理 1,Rb原子的能级结构及其在磁场中的塞曼分裂 I=3/2 52P32 塞曼能级能量： F=2 21013 52P12 E=Eo+grMrlg B F=1 D1 D2 F=2 2元0T3 5S 5s2 F=1 精细结构 超精细 塞曼分裂 L一S耦合 结 构 J一1耦合 S7Rb

实验原理 1．Rb原子的能级结构及其在磁场中的塞曼分裂 E E g M B = +0 F F B  塞曼能级能量：

实验原理 2.光抽运效应 跃迁选择定则： △L=±1 F=2 0 △F=±1,0 5P12 -2 +1(入射光为σ)> F=1 -1 △MF= 0(入射光为π) 0 +1 -1(入射光为o) -+2 F-2 跃迁选择定则： 0 5Sa -2 △L=+1 △F=±1,0 F-1 0 +1 △ME=±1,0

2．光抽运效应 实验原理 跃迁选择定则： L = 1  =  F 1 0，      − +  = − + （入射光为 ） （入射光为 ） （入射光为 ）    1 0 1 M F 跃迁选择定则： L = 1  =  F 1 0， 1 0  =  MF

实验原理 用方波扫场观察光抽运信号 光抽运十 信号 Brotal-Bpc+Bs+Bem

实验原理 Btotal=BDC+BS+Be∥ 用方波扫场观察光抽运信号 Btotal 0

实验原理 3.光泵磁共振 光抽运使铷原子基本处于特殊能级上时，Rb蒸气不再吸收光， 这时，在垂直于产生塞曼分裂的磁场的方向加一射频场，当 满足 hV=gFMBBroal 时，特殊能级上的原子向低能级跃迁，称为光泵磁共振，光 泵磁共振使基态上的五个能级的原子均匀分布，因而原子吸收 光子向高能级跃迁又开始，透过样品池的光信号又降低，从 而形成了光泵磁共振信号

实验原理 3．光泵磁共振 F B total h g B   = 光抽运使铷原子基本处于特殊能级上时，Rb蒸气不再吸收光， 这时，在垂直于产生塞曼分裂的磁场的方向加一射频场，当 满足 时，特殊能级上的原子向低能级跃迁，称为光泵磁共振，光 泵磁共振使基态上的五个能级的原子均匀分布,因而原子吸收 光子向高能级跃迁又开始，透过样品池的光信号又降低，从 而形成了光泵磁共振信号

实验原理 光泵磁共振信号 光磁共振 信号 B Boe

光泵磁共振信号 实验原理

实验仪器 干涉滤光片 射频线圈 铷光谱灯！ 援 样品泡 疆 12 光电探测器 Rb) 放大器 偏 1/4 光电池 高频 振荡器 布温槽 垂直磁场线圈 水平磁场线圈

实验仪器