光泵磁共振实验报告书.doc

学生实验报告 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得 一、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的理解；? 2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子； 3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场。 二、实验使用仪器与材料： 数字示波器、光泵磁共振实验仪、射频信号发生器、频率计、DHg07A型光磁共振实验装置电源。 （核磁共振仪器连线图） 三、实验步骤： 1．仪器调整 （1）揿进预热键，加热样品吸收泡约5０℃并控温，同时也加热铷灯约９０℃并控温，约3０分钟温度稳定，揿进工作键，此时铷灯应发出玫瑰紫色光。 （2）将光源、透镜、吸收池、光电探测器等的位置调到准直，调节前后透镜的位置使到达光电池的光量最大。 （３）调整双踪示波器，使一通道观察扫场电压波形，另一通道观察光电探测器的信号。 2．观测光抽运信号 （1）先用指南针判断扫场、水平场、垂直场相对于地磁场的方向。当判断某一场时应将另两个场置于零，判断水平场和垂直场时，应记下数字电压表对应电压的符号。 （2）不开射频振荡器，扫场选择“方波”，调节扫场的大小和方向，使扫场方向与地磁场的水平分量方向相反，特别是地磁场的垂直分量对光抽运信号有很大影响，因此要使垂直恒定磁场的方向与其相反并抵消。同时旋转１／４波片，可获得最佳光抽运信号（图３．2-４）。扫场是一交流调制场。当它过零并反向时，分裂的塞曼子能级将发生简并及再分裂；当能级简并时，铷原子的碰撞使之失去偏极化；当能级再分裂后，各塞曼子能级上的粒子布居数又近于相等，因此光抽运信号将再次出现。扫场的作用就是要反复出现光抽运信号。当地磁场的垂直分量被垂直场抵消时将出现最佳光抽运信号，故此时也就测出地磁场垂直分量的大小。 ３．测量基态的值 由磁共振表达式得 ?????? ......(4) υ可由频率计给出，因此如知便可求出。此处是使原子塞曼分裂的总磁场，它包括除了可以测知的水平场外还包括地磁水平分量和扫场直流分量。实验采用将水平场换向的方法来消除地磁水平分量和扫场直流分量。 　　先将水平场和扫场与地磁场水平方向相同，扫场为三角波，水平场电压调到一定值。调节射频信号频率，发生磁共振时将观察到图３．2-5ａ波形，此时频率为1（对应于总场为1），再改变水平场方向，仍用上述方法得到频率2（对应于总场为2），如图３．2-5ｂ所示。这样就排除了地磁场水平分量和扫场直流分量的影响。而水平场对应的频率为＝（1＋2）／2，水平磁场的数值可由水平电压和水平亥姆霍兹线圈的参数来确定。 由于与的值不同，根据对的／Ｈ，对的／Ｈ可知，当水平场不变时，频率高的为共振信号，频率低的为共振信号；当射频不变时，水平磁场大的为共振信号，水平磁场小的为共振信号。还要注意的是，因为三角波扫场的波峰和波谷处的磁场强度不同，故对每一同位素将分别在波峰和波谷处观察到不同频率的磁共振信号。上述实验是固定水平磁场调节射频频率的方法（调频法），还可以采用固定射频频率调节水平磁场的方法（调场法）进行。 测量地磁场 同测方法类似，先使扫场、水平场与地磁场水平分量方向相同测得，然后同时改变扫场和水平场的方向测得，这样得到地磁场水平分量对应的频率为，即排除了扫场和水平场的影响，从而得到,而已在实现最佳光抽运信号时测知，由此可得地磁场的大小和方向： 　　．．．．．．（5）　　　??　．．．．．．（6） 四、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）： （核磁共振实验仪图） （光抽运信号图） （核磁共振图像（1）， =9.71×1000kHz） （核磁共振图像（2），=10.84×1000kHz） 实验参数 核磁共振图像（1） 9.71×100kHz 核磁共振图像（2） 10.84×100kHz 垂直场电磁场B1 0.053T 加在线圈上的水平直流电I0 0.464A 线圈的有效半径r 0.2376m 线圈每边的匝数N 250 理论上的朗德因子计算： ， （1） （2） 1、计算理论上的朗德因子， 对于 ，在原子态中，核自旋量子数I = 3/2；基态原子角动量的量子数F ：F= 2 电子的轨道量子数L=0，电子的自旋角动量量子数S=，电子总角动量的量子数J=。 2、计算理论上的朗德因子 对，在原子态中，核自旋量子数I = 5/2；基态原子角动量的量子数F ：F= 2 ；电子的轨道量子数L=0，电子的自旋角动量量子数S=，电子总角动量的量子数J=。 实际上