光磁共振實驗裝置用于近代物理實驗。該實驗所涉及的物理內容豐富，可使學生直觀的了解到光學、電磁學及無線電子學等方面的知識，并能定性或定量的了解到原子內部的很多信息。它是典型的波譜學教學實驗之一。光磁共振實驗中使用了光泵及光電探測技術，其靈敏度比一般磁共振探測技術高幾個數量級。這一方法在基礎物理學的研究 、磁場的精確測量以及原子頻標技術等方面都有廣泛的應用。 xLms|jS  
一．實驗目的 I`s~.fZt  
1．  掌握光抽運和光檢測的原理和實驗方法，加深對超精細結構、光躍遷及磁共振的理解 。 T`,G57-5  
2．  測定銣87及銣85 的因子，地磁場垂直和水平分量等，培養(yǎng)分析物理現象和處理實驗數據的能力。 bc NyB$S  
二．實驗原理 Z|fi$2k0!  
（一）銣(Rb)原子基態(tài)及最低激發(fā)態(tài)的能級 Hy -)yR  
    實驗研究對象是銣的氣態(tài)自由原子。銣是堿金屬，它和所有的堿金屬原子Li、Na、K一樣，在緊緊束縛的滿殼層外只有一個電子。銣的價電子處于第五殼層，主量子數n=5。主量子數為n的電子，其軌道量子數L=0,1, …,n－1。基態(tài)的L=0，最低激發(fā)態(tài)的L=1。電子還具有自旋，電子自旋量子數S=1/2。 1Y%lt5,*  
由于電子的自旋與軌道運動的相互作用（即L－S耦合）而發(fā)生能級分裂，稱為精細結構。軌道角動量Ps、的合成角動量PJ=PL+PS。原子的精細結構用總角動量量子數J來標記，J=L+S,L+S-1, …,│L-S│。對于基態(tài)，L=0和S=1/2,因此Rb基態(tài)只有J=1/2。其標記為５２S1/2。銣原子最低激發(fā)態(tài)是52P1/2及52P3/2雙重態(tài)。這是由于軌道量子數L=1，自旋量子數S=1/2。52P1/2態(tài)的J=1/2, 52P3/2態(tài)的J=3/2。５Ｐ與５Ｓ能級之間產生的躍遷是銣原子主線系的第１條線，為雙線。它在銣燈光譜中強度是很大的。52P1/2→５２S1/2躍遷產生波長為7947.6?的D1譜線，52P3/2→５２S1/2躍遷產生波長7800?的D2譜線。 +p&zM3:9w  
原子的價電子在LS耦合中，總角動量PJ與原子的電子總磁矩μJ的關系為　　　　　　　　　　 n]7rHV}G  
                                                         (1) g}IOHE  
　　　　　　　                                 (2)     ,tDLpnB@;  
gJ是朗德因子，J、L和S是量子數。  ^6b5}{>  
核具有自旋和磁矩。核磁矩與上述原子的電子總磁矩之間相互作用造成能級的附加分裂。這附加分裂稱為超精細結構。銣元素在自然界中主要有兩種同位素，Rb87占27.85%, Rb85占72.15%。兩種同位素銣核的自旋量子數I是不同的。核自旋角動量PI與電子總角動量PJ耦合成PF,有PF＝PI＋PJ。JI耦合形成超精細結構能級，由F量子數標記，F=I+J、…, │I-J│。Rb87的I=3/2,它的基態(tài)J=1/2,具有F=2和F=1兩個狀態(tài)。Rb85的I=5/2，它的基態(tài)J=1/2，具有F=3和F=2兩個狀態(tài)。 2 6 >9$S  
                             IwOL1\'T4  
整個原子的總角動量PF 與總磁矩μF之間的關系可寫為 k!G{#(++&6  
                                                                (3) .l|
29{J  
其中的gF因子可按類似于求gJ因子的方法算出�？紤]到核磁矩比電子磁矩小約3個數量級，μF實際上為μJ在PF方向的投影，從而得 6pt|Crvu
 
                                             (4) J1w3g,  
    gF是對應于μF與PF 關系的朗德因子。以上所述都是沒有外磁場條件下的情況。 vE1:;%Q  
               B.KK@  
如果處在外磁場B中，由于總磁矩μF與磁場B的相互作用，超精細結構中的各能級進一步發(fā)生塞曼分裂形成塞曼子能級。用磁量子數MF來表示，則MF=F,F-1,…,-F，即分裂成2F+1個子能級，其間距相等。μF與B的相互作用能量為