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(nèi)容豐富，可使學(xué)生直觀的了解到
光學(xué)、電磁學(xué)及無線
電子學(xué)等方面的知識，并能定性或定量的了解到原子內(nèi)部的很多信息。它是典型的波譜學(xué)教學(xué)實驗之一。光磁共振實驗中使用了光泵及光電探測技術(shù)，其靈敏度比一般磁共振探測技術(shù)高幾個數(shù)量級。這一方法在基礎(chǔ)物理學(xué)的研究 、磁場的精確測量以及原子頻標(biāo)技術(shù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。
j[:Iu# VR 一．實驗?zāi)康?span style="display:none"> YH0 utc
1． 掌握光抽運和光檢測的原理和實驗方法，加深對超精細(xì)結(jié)構(gòu)、光躍遷及磁共振的理解 。
&2p a9i 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(xiàn)象和處理實驗數(shù)據(jù)的能力。
K5\;'.9M 二．實驗原理
Twk,R. O （一）銣(Rb)原子基態(tài)及最低激發(fā)態(tài)的能級
L#u!T)!zW 實驗研究對象是銣的氣態(tài)自由原子。銣?zhǔn)菈A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(shù)n=5。主量子數(shù)為n的電子，其軌道量子數(shù)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(shù)S=1/2。
z?C& ,mv 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(xì)結(jié)構(gòu)。軌道角動量Ps、的合成角動量PJ=PL+PS。原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)用總角動量量子數(shù)J來標(biāo)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(biāo)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(shù)L=1，自旋量子數(shù)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(chǎn)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(qiáng)度是很大的。52P1/2→５２S1/2躍遷產(chǎn)生
波長為7947.6?的D1譜線，52P3/2→５２S1/2躍遷產(chǎn)生波長7800?的D2譜線。
GbBz;ZV%z, 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(guān)系為
q_h/zPuH' (1)
SD1 M`PI (2)
JZoH - gJ是朗德因子，J、L和S是量子數(shù)。
jd}-&DN 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(xì)結(jié)構(gòu)。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(shù)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(xì)結(jié)構(gòu)能級，由F量子數(shù)標(biāo)記，F(xiàn)=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)。
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sPQf' 整個原子的總角動量PF 與總磁矩μF之間的關(guān)系可寫為
2U ' Vq (3)
5uL !Ae 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(shù)量級，μF實際上為μJ在PF方向的投影，從而得
j55OG~) (4)
&M P + gF是對應(yīng)于μF與PF 關(guān)系的朗德因子。以上所述都是沒有外磁場條件下的情況。
WC wM+D | @pn=wW 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(xì)結(jié)構(gòu)中的各能級進(jìn)一步發(fā)生塞曼分裂形成塞曼子能級。用磁量子數(shù)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
p-2PC{% t| N7dI}ju
