光抽运的实验研究g因子地磁场水平分量(3)

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2）铷原子之间的碰撞：这种碰撞导致自旋-自旋交换弛豫。当外磁场为零时塞曼子能级简并，这种弛豫使原子回到热平衡分布，失去偏极化。

3）铷原子与缓冲气体之间的碰撞：由于选作缓冲气体的分子磁矩很小（如氮气），碰撞对铷原子磁能态扰动极小，这种碰撞对原子的偏极化基本没有影响。

在光抽运最佳温度下，铷蒸汽的原子密度约为1011个/ ，当样品泡直径为5cm 时容器器壁的原子面密度约为1015个/ ，因此铷原子与器壁碰撞是失去偏极化的主要原因。在样品中充进10Torr 左右的缓冲气体可大大减少这种碰撞，因为此压强下缓冲气体的密度约为1017个/ ，比铷蒸汽原子密度高6个数量级，因此大大减少了铷原子与器壁碰撞的机会，保持了原子高度的偏极化。缓冲气体分子不可能将子能级之间的跃迁全部抑制，因此不可能把粒子全部抽运到的子能级上。处于态的原子需与缓冲气体分子碰撞多次才有可能发生能量转移[5]。由于所发生的过程主要是无辐射跃迁，所以返回到基态八个塞曼子能级的概率均等，因此缓冲气体分子还有将粒子更快地抽运的子能级的作用。

一般情况下光抽运造成塞曼子能级之间的粒子差数比玻尔兹曼分布造成的粒子差数要大几个数量级。对也有类似结论，不同的是光将原子抽运到基态的子能级上。

2.4 塞曼子能级之间的磁共振和光探测

在热平衡时，原子在超精细能级及其塞曼子能级之间基本是等几率分布的。这时即使有一个方向及频率都适于在子能级间激发磁共振的射频场存在，也会因向上与向下跃迁的粒子数相同而无法形成输出信号。在因光抽运出现“偏极化”以后，特定的子能级上有大量原子，其他能极基本空着，这时再有合适的条件，就会激发很强的磁共振[6]。

需要指出，在激发磁共振时一直保持有抽运不光照射，这就使得可以用“是否吸收抽运光”来判断磁共振是否发生，即可用光探测方法来收集信息。下面详细分析铷原子在什么情况下会吸收入射的抽运光。

起初，按玻尔兹曼分布，基态各塞曼子能级上铷原子数目基本相同。光开始照射时，以外各能级上有许多原子能被激发，因而对抽运光有强烈吸收，透过的光强就很低。随着原子被抽运到的能级，其他能级上的原子数不断减少，对抽运光的吸收便不断降低，透射光强便不断增大。当抽运与弛豫两种过程达到动态平衡时，透射光就达到并保持最大值。透射光强的这种变化是由抽运作用是否发生及程度如何所决定的，因而这就是“抽运信号”。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

在原子因光抽运而偏极化以后，加上合适的射频场就会激发塞曼子能级间的磁共振。大量的原子从的能级跃迁到的能级，以后又跳到等能级。这就是说，一旦出现磁共振，的各能级又会有许多原子，在光照射下，它们必然受激发而被抽运。随着它们被激发就出现对于入射光的吸收。可见这一次对抽运光的吸收取决于磁共振是否发生及其程度，这就是“共振信号”。

由以上分析可知：作用在样品上的光的一方面是起抽运作用，另一方面透过样品的光又可兼作探测光，即一束光起了抽运与探测两个作用。对磁共振信号进行光探测是很有意义的，因为塞曼子能级的磁共振跃迁信号很微弱，特别是对于密度非常低的气体样品的信号就更加微弱，直接观测很困难。而光探测技术利用磁共振时伴随着光强的变化，便巧妙地将一个频率低的射频量子（1 10MHZ）的变化转换成一个频率高的光频量子（ MHZ）的变化[7]。从而使观察的信号功率提高7 8个数量级，故气体样品的微弱共振信号的观测就可用很简便的方法来实现。