光泵磁力仪2
铯光泵磁力仪工作原理
铯光泵磁力仪工作原理
铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分析的仪器。
它的工作原理是利用核自旋与外磁场相互作用的特性，将样品中的核
自旋通过射频脉冲加以激发，使得核自旋从基态跃迁到激发态。
在激
发态时，如果再施加一个相干的射频场，就可以引起核自旋之间的相
互作用，产生共振吸收信号。
通过测量这个信号的强度和频率，就可
以得到样品中各种核自旋的参数信息。
铯光泵磁力仪的主要组成部分包括超导磁体、射频发生器、探头
和信号处理系统等。
其中，超导磁体产生高强度的静态磁场，射频发
生器产生射频脉冲和相干场，探头用于感应信号，信号处理系统用于
分析处理信号。
在测量过程中，样品被置于探头中的感应线圈中，以与静态磁场
垂直的方向施加高强度的射频场。
此时样品中的核自旋就在静态磁场
的作用下进入稳定的布居状态。
当施加一个相干的射频场时，样品中
的核自旋将从基态跃迁到激发态，此时感应线圈中感应出的信号强度
将会变化。
这个变化被称为共振吸收信号，可以用来确定样品中各种
核自旋的参数信息。
除了上述的共振吸收信号外，铯光泵磁力仪还可以检测到其他类
型的信号，如自由感应信号和自旋回波信号等。
这些信号可以通过不
同的测量方法来解析出样品中核自旋的时序特征，从而得到更为准确
的参数信息。
总而言之，铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分
析的仪器。
它利用核自旋与外磁场相互作用的特性，通过测量共振吸
收信号等信号类型，得到样品中各种核自旋的参数信息。
在生物医学、材料科学、化学等领域具有广泛的应用前景。
磁力仪用途的介绍
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------磁力仪用途的介绍磁力仪用途的介绍磁力仪就是通过磁敏传感器测量磁场并记录的一种磁法勘测设备。
磁敏传感器是对磁场敏感的元器件，具有把磁学物理量转换为电信号的功能。
它在地学领域中主要是用来测量地磁参量，供地球物理研究和找矿勘探使用。
目前，常用与地学领域中的磁敏传感器主要有质子旋进式磁敏传感器，光泵式磁敏传感器， SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器，磁通门式磁敏传感器，感应式磁敏传感器，半导体磁敏传感器，机械式磁敏传感器等。
应用不同的磁敏传感器所制造出来的磁力仪也分很多种，目前市场上应用比较广的主要有这么 3 种：1. 三分量磁力仪：它是应用磁通门式磁敏传感器研制的，这种磁力仪能够检测 3 个磁场分量和总磁场值，它既可以完成地面的磁法测量，也可以采集矿井下的磁法数据，测量结果精确，但其测量速度较慢，工作效率不高，一般应用在一些复杂的磁场勘探中，如磁偏角，磁倾角的测量，野外找矿一般较少用到。
2. 质子磁力仪：质子旋进式磁敏传感器是利用质子在地磁场中的旋进现象，根1/ 6据磁共振原理研制成功的，用这种传感器制作的测磁仪器，在国内外均得到广泛应用。
由于其轻巧耐用，操作简单方便，工作效率高，测量精度高，稳定性好。
在野外探矿所表现出的优越的性能，所以各种功能的质子磁力仪应运而生，质子梯度磁力仪，高精度质子磁力仪，甚低频磁力仪，步行磁力仪等应用到找矿的各个领域，是地质工作者最好的找矿帮手。
3. 光泵磁力仪：应用光泵式磁敏传感器研制的磁力仪叫做光泵磁力仪，目前光泵磁力仪是最先进的磁法探测设备，已经应用到陆地，航空，海洋等各个领域，其测量精度极高，稳定性极强，是磁法科研的最佳工具。
铯光泵磁力仪安全操作及保养规程
铯光泵磁力仪安全操作及保养规程前言铯光泵磁力仪是一种用于测量和检测磁场的仪器。
它的工作原理是基于铯原子的吸收谱线来确定磁场的强度。
然而，由于其内部结构比较复杂，使用时必须小心谨慎，否则可能会导致故障或危险事件。
此文档旨在介绍铯光泵磁力仪的操作规程和保养措施，以确保其正常运行并避免危险事件的发生。
操作规程1.准备工作在使用铯光泵磁力仪之前，必须确保它所在的环境符合以下标准：1.磁场干扰极小；2.荷电粒子辐射低；3.有足够的空气流通。
同时还需要做好以下准备工作：1.检查设备的各个部件，确认没有松动，无虚焊和损坏现象；2.仔细检查所有连接器的插头并确认已插牢；3.确认设备的电源线已正确连接。
2.开机操作1.确认设备已正确接通电源，并按下电源开关；2.等待设备启动成功（一般在几秒钟内），确认屏幕正常显示；3.进行零场校准，具体步骤如下：a.零场校准前，要求磁场干扰极小；b.用短路铁短接探测线；c.在软件栏中点击“零场校准”，等待程序运行结束；d.零场校准后，可以在“磁场测量”中查看当前磁场值。
4.进行磁场扫描：a.确认测量区域无任何磁场干扰；b.进入“磁场扫描”模式；c.设定扫描范围;d.点击“扫描”按钮，等待程序完成。
3. 关机操作1.卸下所有连接器的插头，防止在拔下时拔坏；2.按下电源开关，使设备断电；3.关闭设备的电源开关，断开电源线。
保养规程铯光泵磁力仪的日常保养是确保其长久稳定运行的关键。
以下为日常保养规程：1.避免使用时撞击和震动；2.切勿将磁力仪在强磁场下工作或移位；3.定期清洁表面灰尘；4.定期清理磁控模块，长期不清理会导致磁场起伏；5.切勿随意拆卸磁力仪各个部件；6.日常操作完毕后，应尽量将设备关机或搁置干燥、通风、无磁场、荷电粒子低的安全地方；注意事项铯光泵磁力仪是一种高精度、高灵敏度的仪器，使用时应遵循以下注意事项：1.确认使用环境符合要求；2.切勿将磁力仪与强电场和强磁场放在一起工作；3.操作过程中要注意防静电、防污染；4.长时间不使用，室内湿度高时，磁力仪会呈现吸收信号过强、频率重合的现象，这是因为光盘被湿气浸润所致，可把磁力仪放在通风、干燥处，使湿气挥发即可；5.切勿触摸芯片和元器件，以免导致对仪器的损害。
磁力仪简介
磁力仪简介北京地质仪器厂吴天彪磁学测量仪器，从测量的参数、测量的范围和用途来看，均极为广泛和复杂，本文仅限于介绍用于地磁学研究、磁法矿产资源勘探、环境地球物理学等方面的弱磁场（≤1×10-4 特斯拉）磁感应强度的测量仪器，通称为“磁力仪”。
1 磁力仪的分类及应用目前，常用于弱磁场、特别是地球磁场测量的磁力仪，无论是地磁台站的观测或野外地面磁测、航空、航天、海洋和井中磁测，从磁传感器的工作原理上看，大致可分为三大类[1]，即：（1）基于电磁感应原理的磁通门磁力仪。
（2）基于核磁共振（NMR）原理的质子磁力仪、基于电子自旋共振（ESR）的光泵磁力仪和基于NMR与ESR的欧佛豪森（Overhauser）质子磁力仪（OVM）的共振磁力仪。
（3）基于超导量子干涉原理的超导磁力仪。
根据传感器的特点，所有共振磁力仪只能测定地磁场的总场的磁感应强度，称为标量磁力仪，而磁通门磁力仪和超导磁力仪的读数，既反映磁场的强度也反映磁场的方向，称为矢量磁力仪。
从使用广泛性来看，工作量最大的地面磁测，主力仪器是传统的直流激发的质子磁力仪、其次是光泵磁力仪和欧佛豪森质子磁力仪，在一些强磁区，也使用测量垂直分量的磁通门磁力仪。
航空磁测的主力是光泵磁力仪，目前多用4台仪器组成三维梯度系统，用三分量磁通门仪器作姿态改正。
光泵磁力仪也用于装在飞机上探测潜艇。
高温超导磁力仪用于时域电磁法的磁分量观测，低端灵敏度大大优于传统的感应式磁传感器。
在岩石和矿物的磁性测量及古地磁研究中超导磁力仪也得到广发的应用。
磁通门磁梯度仪和光泵梯度仪多用于探测地下未爆物（UXO）、地下管线、考古等。
在航天领域，地面地磁台站中，三分量的磁通门磁力仪和质子磁力仪得到广泛应用。
磁力仪测定的物理量是磁感应强度，其SI制计量单位是“特斯拉”（Tesla）。
1 Tesla = 103 mT =106 µT = 109 nT = 1012 pT= 1015 f T最常用的单位是nT （纳特）CGSM制的计量单位是“高斯”（Gs），1 T= 10,000 Gs从全球地磁图[2]（图1）可以看出：赤道附近地磁场的磁感应强度约为20,000~30,000nT两极附近地磁场的磁感应强度约为600,000~80,000nT图1 全球地磁图2 磁力仪的主要技术指标以观测地磁场为主要目的的磁力仪，各种不同原理的仪器的主要技术指标，不尽相同，但大多数应有测量范围、灵敏度、分辨力、采样率、绝对精度、梯度容限、工作温度范围等。
两型光泵磁力仪比对试验结果及分析
间连续观测，同步采集记录外磁场变化。按航空磁测技术翘范评价二台仪器的静态噪声并用二台仪器的输
出差值的变化评价二 台仪器 一致性 。从光泵磁力仪工作原理 出发，结合相关 资料介 绍仪器 技术设计特点 ，
对试验结果进行分析 。
关键词
磁力仪 ；氮光泵；铯光泵
光泵磁力仪 是一种 高灵敏度和 高精确度 的磁 测仪器 。它是 以工作物质的原子能级在磁场中产生
３ ６
报器
图 ３ 铯 自激式光泵磁力仪
３ ２氮 （ｅ 跟踪式光泵磁 力仪原理 ． Ｈ４ ）
维普资讯
式 中
：
互２ ± 二 互 ± ± ＝二 堡 ．丛 互２
１ ６
，
＝
喜
算观点． 的测数
、 、 的单
源 。仪器安装及探头位置示意图如图 １ 所示。使用
各 自数据采集系统，连续记录约 １０ ０ 小时地磁 日变 数据 。
ｆ ，－ ｎ为数据序列号 ， ＝１ ～ ２
位为 ｎ 。 Ｔ 计算统计期间二台仪器静态噪声结果如 表 １ 示。 所
３ ５
维普资讯
邹鹛毅 等：两型光泵磁力仪 比对试验结 果及分析
表 １两 台仪器 噪声数 据 比较
０ ３时 ５ 分 １ 秒到 ２０ 年 ８ ２ ４ ９ ０６ 月 ２日Ｏ 时 １ 分 ５ Ｏ ３ 秒。 ３ 图２ 中上 图为 Ｇ －Ａ输出记录 曲线； Ｂ４ 中图为 Ｇ８２ ８ 输出记录 曲线； 下图为两台输 出差值的记录
对 于铯 Ｃ ¨ 为￣４ ８９ ３Ｈ ／ ，即 １ 王 对 应 ｓ ９ ２ ＋１）ｚＯ。 ｝ｚ ０２５ ５ Ｔ。利 用 碱 金属 原 子测量 地磁 场 时 ，其 ．８ ８４ｎ
绝对精度不超过 ２ Ｔ 。 ｎ
磁力仪的传感器原理
磁力仪的传感器原理与阐述一绪论从原理上说，凡是与重力、磁力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪与磁力仪，并用它们来测定重力值和磁力值。
但是重磁勘探要求能测量重力场和磁场的微弱变化，在重力测量中要求能测量出重力全值10-7～10-9量级变化，在磁力测量中，要求能测量出0.1～1nT的磁场变化，它相当于平均地磁场值的1/50万～1/5万。
因此要求重力仪与磁力仪要有高灵敏度、高精度等良好的性能。
磁力仪它是根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪按照磁力仪的发展历史，以及应用的物理原理，可分为：第一代等。
第二代磁力仪它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。
第三代磁力仪它是根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪。
磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪。
如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪。
如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。
磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值，可分为：①相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量的相对差值；②绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度的绝对值；不过亦可测量梯度值。
若从磁力仪使用的领域来看，它们可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪质子磁力仪CSX 1-70型袖二磁力仪所对应的物探方法磁法工作方法（地面磁法）一、工作设计二、野外施工三、观测结果计算四、标本磁性测量五、报告编写工作设计（标准，预算，工作比例尺，误差计算）1、资料收集，编写设计两个规范和一个预算标准《地面高精度磁测技术规程》（DZ/T0071-93）中华人民共和国地质矿产行业标准，原地质矿产部批准新疆1∶5万地面高精度磁测工作细则（试行）2006.2新疆维吾尔自治区1∶5万区域地质矿产调查项目管理办公室地质调查项目预算标准（2010年试用）中国地质调查局2、测区位置、比例尺和测网3、磁测精度：均方误差和平均相对误差1、方法技术(测网和剖面)（1）目的：为了探测地球物理场的特征，需要在勘测区内布置测点，而为了工作上和数据处理及解释上的方便，物探测点的布置一般是按一定的线距和点距进行的，这叫物探测网。
磁法勘探仪器方法简介
第二章，磁法勘探仪器方法简介2.1 磁法勘探磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律的一种地球物理勘探方法。
测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。
这种畸变一般称为地磁异常。
磁法勘探利用地下体不同矿体，岩体等物质的磁性不同，进而得出磁异常。
2.2 磁法勘探仪器（1），第一代磁力仪。
它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。
如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。
（2），第二代磁力仪。
它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合金，以及专门的电子线路。
如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪等。
（3），第三代磁力仪。
它是利用低温量子效应，如超导磁力2.2.1 机械式磁力仪器工作原理磁系主要是一根圆柱形磁棒，它悬吊在铬、镍、钛合金恒弹性扁平丝的中央，丝的一端固定于扭鼓，另一端固定于弹簧，压于压丝台上。
工作时磁系旋转轴（悬丝）应是水平的，磁棒摆动面严格垂直于磁子午面。
打开仪器开关后，磁棒绕轴摆动，它受到地磁场垂直强度力、重力、及悬丝扭力三个力矩的作用，当力矩相对平衡时，磁棒会停止摆动。
如右图所示，则平衡方程为：m Zcos(θ)=P d cos(β-θ)+2τθZ ——地磁场垂直分量；m ——磁棒的磁矩；P ——磁系受到的重力；θ——磁棒偏转角；d ——磁系重心到支点的距离；β——d 与磁轴的夹角；τ——悬丝的扭力系数。
上式经变换整理，并考虑到仪器设计中偏转角范围很小，不超过2°，可视θ=tan θ，则得τθ2tan +-=Ph Pa mZ a=d cos β（重心到支点沿磁轴方向距离）；h= d sin β: （重心到支点垂直磁轴方向距离）；在仪器的结构上，利用光系将偏转角θ放大并反映为活动标线在标尺上的偏离格数。
磁力仪简介
磁力仪简介北京地质仪器厂吴天彪磁学测量仪器，从测量的参数、测量的范围和用途来看，均极为广泛和复杂，本文仅限于介绍用于地磁学研究、磁法矿产资源勘探、环境地球物理学等方面的弱磁场（≤1×10-4 特斯拉）磁感应强度的测量仪器，通称为“磁力仪”。
1 磁力仪的分类及应用目前，常用于弱磁场、特别是地球磁场测量的磁力仪，无论是地磁台站的观测或野外地面磁测、航空、航天、海洋和井中磁测，从磁传感器的工作原理上看，大致可分为三大类[1]，即：（1）基于电磁感应原理的磁通门磁力仪。
（2）基于核磁共振（NMR）原理的质子磁力仪、基于电子自旋共振（ESR）的光泵磁力仪和基于NMR与ESR的欧佛豪森（Overhauser）质子磁力仪（OVM）的共振磁力仪。
（3）基于超导量子干涉原理的超导磁力仪。
根据传感器的特点，所有共振磁力仪只能测定地磁场的总场的磁感应强度，称为标量磁力仪，而磁通门磁力仪和超导磁力仪的读数，既反映磁场的强度也反映磁场的方向，称为矢量磁力仪。
从使用广泛性来看，工作量最大的地面磁测，主力仪器是传统的直流激发的质子磁力仪、其次是光泵磁力仪和欧佛豪森质子磁力仪，在一些强磁区，也使用测量垂直分量的磁通门磁力仪。
航空磁测的主力是光泵磁力仪，目前多用4台仪器组成三维梯度系统，用三分量磁通门仪器作姿态改正。
光泵磁力仪也用于装在飞机上探测潜艇。
高温超导磁力仪用于时域电磁法的磁分量观测，低端灵敏度大大优于传统的感应式磁传感器。
在岩石和矿物的磁性测量及古地磁研究中超导磁力仪也得到广发的应用。
磁通门磁梯度仪和光泵梯度仪多用于探测地下未爆物（UXO）、地下管线、考古等。
在航天领域，地面地磁台站中，三分量的磁通门磁力仪和质子磁力仪得到广泛应用。
磁力仪测定的物理量是磁感应强度，其SI制计量单位是“特斯拉”（Tesla）。
1 Tesla = 103 mT =106 µT = 109 nT = 1012 pT= 1015 f T最常用的单位是nT （纳特）CGSM制的计量单位是“高斯”（Gs），1 T= 10,000 Gs从全球地磁图[2]（图1）可以看出：赤道附近地磁场的磁感应强度约为20,000~30,000nT两极附近地磁场的磁感应强度约为600,000~80,000nT图1 全球地磁图2 磁力仪的主要技术指标以观测地磁场为主要目的的磁力仪，各种不同原理的仪器的主要技术指标，不尽相同，但大多数应有测量范围、灵敏度、分辨力、采样率、绝对精度、梯度容限、工作温度范围等。
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外磁场与频率的关系式为: 外磁场与频率的关系式为 f0(兆赫 〔2.80235(兆赫 高斯 〕×T(高斯 兆赫)=〔 兆赫)/(高斯 高斯)········· (1) 兆赫 兆赫 高斯)〕 高斯 这个关系式把我们所要测量的磁场T的数值与射频振荡器的某一输出频 这个关系式把我们所要测量的磁场 的数值与射频振荡器的某一输出频 率f。联系起来。因此，只要测量出发生磁共振吸收现象时射频场频率 。 。联系起来。因此，只要测量出发生磁共振吸收现象时射频场频率f。 的大小，就可以根据下式推算出磁场T值 的大小，就可以根据下式推算出磁场 值 T(高斯 0(兆赫 2.802356(兆赫 高斯)=f 兆赫 兆赫)/ 兆赫)·········……(2) 高斯 兆赫 磁场以Iγ=10-5高斯表示，频率以赫兹表示时， 高斯表示，频率以赫兹表示时， 磁场以 I γ=28.02356赫兹≌28赫兹 赫兹≌ 赫兹 赫兹···……(3) 赫兹 无论频率计测频，表头指示或自动记录都是根据上述公式进行的。 无论频率计测频，表头指示或自动记录都是根据上述公式进行的。仪器 的方块图如下:系统的工作过程氦灯受高频激发振荡器激励 系统的工作过程氦灯受高频激发振荡器激励， 的方块图如下 系统的工作过程氦灯受高频激发振荡器激励， 的旋磁γ 氦He的旋磁 p= (2.6751987士0.0000075)X108T-1S-1,即1Hz对应 的旋磁 士 对应 0.035684 nT。 。
光抽运的原理
在光泵磁力仪中，有些以氦为工作物质。如右图所示， 在光泵磁力仪中，有些以氦为工作物质。如右图所示，4He 原子的基态 利用高频放电使其由基态过渡到亚稳态2 利用波长λ 是1S0，利用高频放电使其由基态过渡到亚稳态 3S1,利用波长λ＝
108.375nm （相当于 3S1 到23P1的辐射频率）的D1 线右旋圆偏振光照射，使之 相当于2 的辐射频率） 线右旋圆偏振光照射， 激发跃迁。但是， 的磁次能级上的原子， 激发跃迁。但是， 23S1中MJ = + 1 的磁次能级上的原子，因不满足跃迁选择定 不能吸收D 线激发到2 的任何能级上去。因为当用右旋(或左旋 或左旋)偏振光 则，不能吸收 1 线激发到 3p1 的任何能级上去。因为当用右旋 或左旋 偏振光 照射铷原子时，若光进行的方向与磁场的方向相同，原子只有按△ 跃迁(左 照射铷原子时，若光进行的方向与磁场的方向相同，原子只有按△m =1跃迁 左 跃迁 磁次能级上的原子，被激发跃迁到2 旋△m =-1)。MJ = 0 ，-1 磁次能级上的原子，被激发跃迁到 3p1 (MJ = 1 , 0 ） 。 的能级上；仅停留10 后又以等几率（ 选择定则） 的能级上；仅停留 -8 s 后又以等几率（按△ m , . , = O 士l 选择定则）跃迁回 23S1的各次能级上 含MJ = + 1 )，经过一定时间后，则亚稳态 3S1中的原子可能 的各次能级上(含 ，经过一定时间后，则亚稳态2 全部集中在MJ = + 1 的次能级上。实 的次能级上。 全部集中在 现了4He原子磁矩在光作用下的定向排 原子磁矩在光作用下的定向排 即光学取向。这种利用光能， 列，即光学取向。这种利用光能，将 原子的能态泵激到同一个能级上的过 程，就叫做光泵作用 价电子状态
因为光子能量比微波或射频波量子能量高几 个数量级， 个数量级，所以检测光的灵敏度要比直接检 测微波或射频的灵敏度高得多。 测微波或射频的灵敏度高得多。选择适当偏 振和特定频率的光照射原子系统，能够在实 振和特定频率的光照射原子系统， 验室温度下使原子磁能级发生倒转（ 验室温度下使原子磁能级发生倒转（光抽运 作用）。同时加一个微波或射频场， ）。同时加一个微波或射频场 作用）。同时加一个微波或射频场，强迫系 统发生磁共振， 统发生磁共振，使磁能级的步居数恢复玻尔 兹蔓分布， 兹蔓分布，
亚稳态
激发态：原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未 激发态：原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未 能级 电离的状态。 电离的状态。激发态一般是指电子激发态 。 产生激发态的方法主要有： 光激发。 产生激发态的方法主要有：①光激发。处于基态的原子或分子吸收一定 能量的光子 可跃迁至激发态，这是产生激发态的最主要方法。 放电。 光子， 能量的光子，可跃迁至激发态，这是产生激发态的最主要方法。②放电。 主要用于激励原子，如高压汞灯、氙弧光灯。 化学激活。 主要用于激励原子，如高压汞灯、氙弧光灯。③化学激活。某些放热化 化学发光。 学反应可能使电子被激发，导致化学发光 学反应可能使电子被激发，导致化学发光。 激发态是短寿命的，能级寿命10 左右， 激发态是短寿命的，能级寿命 -8～10-9s左右，很容易返回到基态，同 左右 很容易返回到基态， 时放出多余的能量。激发态去活的途径有： 辐射跃迁（荧光或 时放出多余的能量。激发态去活的途径有：①辐射跃迁（荧光或磷光 )。 。 无辐射跃迁（系间窜越，内部转变）。 传能和猝灭（ ）。③ ②无辐射跃迁（系间窜越，内部转变）。③传能和猝灭（激发态分子将 能量传递给另一基态分子并使其激发）。 能量传递给另一基态分子并使其激发）。 亚稳态是一种特殊的激发态， 亚稳态是一种特殊的激发态，平均寿命较长的原子激发态 。其寿命可达 数量级的时间， 10-3～1秒(s)数量级的时间，比通常能级寿命 -8～10-9s要大好几个量 秒 数量级的时间 比通常能级寿命10 要大好几个量 3S 和1S21S 就是亚稳态，它们自发跃迁到 1 氦原子的1S2 1 级。氦原子的 0就是亚稳态，它们自发跃迁到1S1 S0。 由于跃迁受到选择定则的限制，不能通过电偶极辐射跃迁到较低的能态， 由于跃迁受到选择定则的限制，不能通过电偶极辐射跃迁到较低的能态， 但可通过磁偶极辐射或电四极辐射跃迁到较低能态，辐射强度很弱， 但可通过磁偶极辐射或电四极辐射跃迁到较低能态，辐射强度很弱，因 而亚稳态的寿命很长。亚稳态原子比处于基态的原子更易于电离， 而亚稳态的寿命很长。亚稳态原子比处于基态的原子更易于电离，也易 于发生碰撞能量转移，从而影响放电性能；在激光器中， 于发生碰撞能量转移，从而影响放电性能；在激光器中，则形成粒子数 反转，亚稳态具有重要意义。 反转，亚稳态具有重要意义。
o e o e
的振幅Ae=Ao。设入射的线偏振光的 （2）Ee和Eo的振幅 ） 和 的振幅 。 振幅为A，其振动方向与e轴的夹角为 轴的夹角为α， 振幅为 ，其振动方向与 轴的夹角为 ，则 Ae=Acosα，Ae=Asinα。要使 ， 。要使Ae=Ao，必须 ，必须α=450。 总之，令一束线偏振光通过一波晶片， 总之，令一束线偏振光通过一波晶片，一般说来我 们得到一束椭圆偏振光；只有通过λ/4波片 而且λ/4 波片,而且 们得到一束椭圆偏振光；只有通过 波片 而且 片的光轴与入射光的振动面成45 角时， 片的光轴与入射光的振动面成 0角时，我们才得 到一束圆偏振光。 到一束圆偏振光。
2 P0 23 P 1
3
MJ
0 1 0 −1 2 1
D0 D1
2 P2
3
0 −1
D2
23 S1
1S0
−2 1 0 −1
−1
大量原子都聚积到基态2 能级上， 大量原子都聚积到基态 3S1， MJ = + 1能级上，偏极化达到饱和。这时 能级上 偏极化达到饱和。 在垂直于B的平面内施加一个频率为的射频场 的平面内施加一个频率为的射频场B1， 在垂直于 的平面内施加一个频率为的射频场 ，其频率等于原子跃迁 频率f 当满足磁共振条件 频率 0,当满足磁共振条件 △ E=hf（2） （ ） 在塞曼子能级间产生感应跃迁， 时,在塞曼子能级间产生感应跃迁，称为磁共振。 MJ = + 1能级上的大量 在塞曼子能级间产生感应跃迁 称为磁共振。 能级上的大量 原子会吸收B1的能量跃迁到 的能量跃迁到M 原子会吸收 的能量跃迁到 J = 0态，当然也会从 J = - 1态。磁共振 态 当然也会从M 态 消除了原子分布的偏极化，由于光连续照射，存在光抽运， 消除了原子分布的偏极化，由于光连续照射，存在光抽运，原子又被抽 运到M 子能级上， 运到 J = + 1子能级上，因而跃迁与抽运达到一个新平衡。光跃迁速率 子能级上 因而跃迁与抽运达到一个新平衡。 比磁共振跃迁速率大几个数量级， 比磁共振跃迁速率大几个数量级，故光抽运与磁共振跃的过程就可以连 续地进行下去。通过测量光强的变化，即可得到磁共振信号。 续地进行下去。通过测量光强的变化，即可得到磁共振信号。仪器的巧 妙之处就是将一个低频射频光子（ ～ 妙之处就是将一个低频射频光子（1～10MHZ）转换成高频光频光子 ） ），从而使信号功率提高了 个数量级。 （108MHZ），从而使信号功率提高了 ～8个数量级。 ），从而使信号功率提高了7～ 个数量级 测定此时的射频f，就可得到地磁场 的值 当地磁场变化时， 的值。 测定此时的射频 ，就可得到地磁场T的值。当地磁场变化时，相应改变射 频场的频率，使其保持吸收室的光线最弱， 频场的频率，使其保持吸收室的光线最弱，也就是使射频场的频率自动跟 踪地磁场变化，实现对T值的连续测量 值的连续测量。 踪地磁场变化，实现对 值的连续测量。
光抽运
光抽运是通过特定偏振光激发从而打破原子所在研 究能级间玻尔兹曼热平衡分布,同时由于光子角动量 究能级间玻尔兹曼热平衡分布 同时由于光子角动量 传递使原子系统宏观极化、 自旋交换、分离或浓缩同位素、原子频标、 自旋交换、分离或浓缩同位素、原子频标、激光冷 却和俘获等研究领域中扮演着重要角色。 却和俘获等研究领域中扮演着重要角色。光磁共振 是利用光抽运所形成磁共振跃迁所需的布居数差,同 是利用光抽运所形成磁共振跃迁所需的布居数差 同 时也利用抽运光对磁共振吸收信号进行光检测。 时也利用抽运光对磁共振吸收信号进行光检测。本 文借助周期性扫场调制的核磁共振达到实验观测目 从而研究选定原子体系对光抽运响应特性。 的,从而研究选定原子体系对光抽运响应特性。 从而研究选定原子体系对光抽运响应特性
光泵磁力仪
总体框图
自然界的大多数光源发出的是自然界，但有时也发出圆或椭圆偏振光， 自然界的大多数光源发出的是自然界，但有时也发出圆或椭圆偏振光， 例如处在强磁场中的物质，电子作拉摩回旋运动， 例如处在强磁场中的物质，电子作拉摩回旋运动，它们发出的电磁辐射 就是圆或椭圆偏振的。这里所谓圆或椭圆偏振光的“获得” 就是圆或椭圆偏振的。这里所谓圆或椭圆偏振光的“获得”，是指利用 偏振器件把自然光改造圆或椭圆偏振光。获得一般的椭圆偏振光并不难， 偏振器件把自然光改造圆或椭圆偏振光。获得一般的椭圆偏振光并不难， 只需令自然光通过一个起偏器和一个波晶片即可。如图所示： 只需令自然光通过一个起偏器和一个波晶片即可。如图所示：