光抽运的实验研究g因子地磁场水平分量

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摘要根据光磁共振原理，通过光抽运，形成原子的能级分布偏极化，再加入射频信号打破塞曼能级偏极化分布，形成并输出光磁共振信号。然后，同时改变扫场和水平磁场方向，调节水平电流大小，再次获得光磁共振信号。根据测得的水平亥姆霍兹线圈电流，计算等效磁感强度。由仪器的垂直电流，计算地磁场垂直分量。二者合成，即可得出当地磁感强度。另外还使用了固定频率法对g因子及地磁场进行测定。通过数据拟合作图的方法对两种方法的测量结果进行比较得出结论。67118

毕业论文关键词光抽运 g因子地磁场水平分量

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Experimental study of optical pumping

Abstract

According to optical pumping principle, by optical pumping, the formation of atomic energy levels of polarization, then add the RF signal to break the polarization distribution of the Zeeman energy levels, forming and output optical magnetic resonance signal. Then, while changing the magnetic field direction and the horizontal scanning field, adjust the level of the current size, was re-optical magnetic resonance signal. According to the measured level of the Helmholtz coil current, calculate the equivalent magnetic induction. By the instrument's vertical current, calculate the vertical component of the geomagnetic field. Both synthetic, you can derive the local magnetic induction. It also uses a fixed-frequency method for g-factor and magnetic field measurement. Data were fitted by the method of collaboration diagrams measurement two methods were compared conclusion.

Keywords Optical pumping g-factor Horizontal component of the geomagnetic field

1 引言 1

2 实验原理2

2.1铷原子基态和最低激发态的能级2

2.2圆偏振光对铷原子的激发3

2.3弛豫过程3

2.4 塞曼子能级之间的磁共振和光探测4

2.5 光抽运效应 5

3 实验设备及连接 9

4.1 g因子的测量方法 12

4.2 地磁场的测量方法 15

5 测量方法的改进 18

5.1测量原理及一般测量方法中存在的问题18

5.2一般测量方法的改进21

5.3 g因子测量方法的改进21

5.4地磁场测量方法的改进23

6测量结果及分析24

6.1 测量结果24

6.2 测量结果分析26

结论 27

致谢 28

参考文献30

1 引言（或绪论）

1950年,法国物理学家卡斯特勒(A.Kastler)提出了光抽运方法(Optical

Pumping),并将抽运光运用于磁共振信号的检测。这种光检测方法利用磁共振时伴随着 (或 )[1]光强的变化,巧妙地将一个频率较低的射频量子信号(1 10MHz)转换成频率很高的光频量子信号( MHz),使观测信号的强度提高了约倍。这种方法能检测微弱的磁场信号,广泛运用于弱磁场强度的测量,常用于测量地磁场强度。由于光磁共振在基础物理研究、量子频标技术和弱磁场测定等方面都有着重要的应用价值，因此卡斯特勒获得了1966年的诺贝尔奖。

光磁共振实验是光抽运过程和射频磁共振相结合的一种双共振物理过程，由于具有磁共振技术的高分辨有点和测量的高灵敏度，因而特别适用于原子、分子能级的精细和超精细结构及其它各种参数的精密测量，对原子分子间各种相互作用进行实验研究。它的基本思想是利用光的抽运效应造成原子基态Zeeman能级上粒子布居的偏极化，即偏离热平衡时所遵循的Boltzmann分布。然后利用磁共振效应对这种偏极化布居进行扰动，使光的抽运速率变化。通过对抽运速率变化的探测来研究原子Zeeman能级的结构（超精细结构）。光磁共振实验巧妙地利用了光探测的高灵敏度和磁共振的高分辨率，在实验构思上堪称典范。光磁共振实际上是一种双共振现象，因为抽运也是在共振下进行的。六十年代以后在磁共振领域里双共振的实验方法得到了充分的开发，而这些双共振技术在原理上与光磁共振则是相似的。