铷原子的光泵磁共振 实验报告
光泵磁共振实验报告结论
一、实验概述光泵磁共振实验是一种重要的物理实验，通过观察原子在特定磁场和光场作用下的能级跃迁，研究原子能级结构、磁共振现象以及光抽运效应等。
本次实验采用DH807型光泵磁共振实验装置，通过观察铷原子的光抽运信号和光泵磁共振信号，加深对原子超精细结构和塞曼子能级的理解，并测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。
二、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原理和实验方法，提高实验技能。
三、实验原理光泵磁共振实验基于以下原理：1. 光抽运效应：当原子处于激发态时，吸收特定频率的光子，原子会跃迁到更高能级。
通过调节光场强度，可以使原子处于高能级状态的粒子数增加。
2. 磁共振：当原子处于特定磁场中，能级发生塞曼分裂。
通过调节磁场强度，可以使原子能级发生跃迁，产生磁共振现象。
3. 光泵磁共振：光泵磁共振实验中，利用光抽运效应和磁共振原理，观察原子能级跃迁和磁共振信号。
四、实验结果与分析1. 光抽运信号观察在实验中，我们观察到了铷原子的光抽运信号。
通过调节光场强度和频率，可以观察到不同能级跃迁的光抽运信号。
这表明光抽运效应在实验中得到了充分体现。
2. 磁共振信号观察在实验中，我们观察到了铷原子的磁共振信号。
通过调节磁场强度，可以观察到不同能级跃迁的磁共振信号。
这表明磁共振现象在实验中得到了充分体现。
3. 塞曼子能级朗德因子测定根据实验数据，我们计算了铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。
实验结果显示，铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子与理论值基本吻合。
五、实验结论1. 通过本次实验，我们成功地观察到了铷原子的光抽运信号和磁共振信号，验证了光泵磁共振实验的原理。
2. 实验结果表明，铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子与理论值基本吻合，表明实验具有较高的准确性。
3. 通过本次实验，我们加深了对原子超精细结构和塞曼子能级的理解，提高了实验技能。
光泵磁共振实验报告
相邻塞曼子能级之间（ ）的能极差为
2、圆偏振光对Rb原子的激发与光抽运效应
电子在原子能级间发生跃迁时，需要满足总能量和总角动量守恒。一定频率的光刻引起能量差为原子能级之间的跃迁（能量守恒）。而当入射光是左旋圆偏振光时，量子力学给出的跃迁定则为 ， ， （角动量守恒）。 的 态及 态的磁量子数 最大值都是+2，当入射光是D1的 光时由于只能产生 的跃迁，基态 的子能级的粒子不能跃迁。当原子经历无辐射跃迁过程从 回到 时粒子返回到基态各子能级的概率相等，这样经过若干循环之后，基态 的子能级上的粒子数就会大大增加，即大量粒子被“抽运”到基态 的子能级上，这就是光抽运效应。各子能级上粒子数的这种远远偏离玻尔兹曼分布的不均匀分布称为“偏极化”，光抽运的目的就是要造成偏极化，有了偏极化就可以在子能级之间进行磁共振实验。
Rb原子的基态， 和 ，因此 基态只有 ，标记为 ；其最低激发态是 和 。在第一激发能级5P与基态5S之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线是双线。 到 的跃迁产生的谱线是D1线，波长是794nm； 到 的跃迁产生的谱线是D2线，波长是780nm。
在核自旋 时，原子的价电子L-S耦合后总角动量 与原子的总磁矩 的关系为
原理
1、铷(Rb)原子基态及最低激发态的能级
实验研究的对象是Rb的气态自由原子。Rb是碱金属原子，在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子，价电子处于第5壳层，主量子为 。主量子数为n的电子，其轨道量子数 。基态的 ，最低激发态的 。电子还具有自旋，电子自旋量子数 。由于电子的自旋与轨道运动的相互作用（即L-S耦合）而发生能级分裂，称为精细结构。轨道角动量 与自旋角动量 的合成总角动量 。原子能级的精细结构用总角动量量子数J来标记，
光泵磁共振_3
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：实验B4 光泵磁共振【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。
【实验原理】一．铷原子基态和最低激发态的能级铷（Z =37）是一价金属元素，基态轨道量子数L =0，自旋量子数S =1/2，总角动量量子数J =1/2，因而它们的基态都是52S 1/2。
通过L —S 耦合形成了电子的总角动量P J ，与此相联系的核外电子的总磁矩J μ为 2J JJ eeg P m μ=- （B4-1） 式中)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J （B4-2）是著名的朗德因子，m e 是电子质量，e 是电子电量。
原子核也有自旋和磁矩，核自旋量子数用I 表示。
核角动量I P 和核外电子的角动量J P 耦合成一个更大的角动量，用符号 F P 表示，其量子数用F 表示，则I J F P P P+= （B4-3）与此角动量相关的原子总磁矩为2F FF eeg P m μ=- （B4-4） 式中图B4-1 Rb 原子精细结构的形成)1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g JF （B4-5）F g 是对应于F μ与F P 关系的朗德因子。
在有外静磁场B 的情况下，总磁矩将与外场相互作用，使原子产生附加的能量22F FF F F F F B e ee e E B g P B g M B g M B m m μμ=-⋅=⋅== （B4-6） 其中2B eem μ=124102741.9--⨯=JT 称为玻尔磁子，F M 是F P 在外场方向上分量的量子数，F M ＝－F ，－F ＋１，…F －１，F ，共有2F ＋1个值。
可以看到，原子在磁场中的附加能量E 随F M 变化，原来对F M 简并的能级发生分裂，称为超精细结构，一个F 能级分裂成2F ＋1个子能级，相邻的子能级的能量差为B g E B F μ=∆ （B4-7） 再来看一下具体的分裂情况。
光泵磁共振
光泵磁共振实验报告姓名：学号：专业：光电子一、实验背景光磁共振是光抽运和射频磁共振相结合的一种双共振过程，是用光抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间磁共振现象的双共振技术。
双共振技术是由诺贝尔物理学奖获得者A.Kastlor于20世纪50年代提出的。
该技术既保存了磁共振高分辨的特点，同时又将测量灵敏度提高了几个数量级，是研究原子、分子高激发态的精密测量的有力工具，因此在激光物理、量子频标、弱磁场探测等方面都有重要应用价值。
二、实验目的1通过研究铷原子基态的光磁共振，加深对原子超精细结构的认识；2掌握光磁共振的实验技术；3测定铷原子的g因子和测定地磁场。
三、实验原理1铷原子的能级分裂1.1精细结构的形成铷（Rb）的气态自由原子，价电子处于第五电子层，主量子数n=5，轨道量子数L=0,1,…,n-1，电子自旋量子数S=1/2原子精细结构的形成：由电子的自旋与轨道运动相互作用（L-S耦合）发生能级分裂铷原子基态与最低激发态的形成：用J表示电子总角动量量子数，J=L+S,L+S-1,…,|L-S|对于基态，L=0，S=1/2，得J=1/2，标记为 ；对于最低激发态，L=1，S=1/2，得J=3/2,1/2，标记为 ，如右图所示，形成两条谱线。
1.2原子超精细结构的形成核的自旋量子数表示为 ，铷原子的两种同位素的自旋量子数分别为：核的自旋角动量表示为，得原子总角动量：其中F 用来表示原子总角动量量子数，F=I+J,…,|I-J|。
由核角动量作用（P I 与P J 耦合），而产生的由F 标志的分裂叫做铷原子光谱的超精细结构。
1.3塞曼子能级的形成原子处于弱磁场中，由于原子总磁矩与磁场的相互作用使能级进一步分裂，形成塞曼子能级。
这些能级用磁量子数来表示， ，能级间距相同。
和 相互作用能表示如下：相邻能级间距为： 其中 为玻尔磁子。
右图为塞曼能级形成示意图2/122/325,5P P 2/125S 5P5S21/25S 21/25P 23/25P 1D 2D 794.76nm780.0nmFig.1 铷原子精细结构的形成2/5%),15.72(2/3%),85.27(8587==I RbI Rb I JI F P P P +=I PFig.2 铷原子超精细结构的形成23/25P 21/25P 21/25S 2F =1F =1F =2F =……)(,...,1,F F F m F --=F u Bm g Bu E B F F F μ=⋅-=BBg EB F μ=∆B μFig.3 铷原子塞曼子能级的形成23/25P 21/25P 21/25S 1F =2F =……2F =1F =FM +2+10-1-2-10+1+2+10-1-2-10+12光抽运效应光抽运（光泵）：利用光照射打破原子在所研究能级间的热平衡态，造成期望集居数差，它基于光和原子间的相互作用。
铷原子光泵磁共振实验报告
1 ~ H 扫（右 2
图）；继续增大水平电流，当三角波的中央刚好对应 H 时，总磁场与所加的水平方向磁场（ H 1 ）满足
H H1 H 地水 H 扫 （中图）；再继续增大水平电流，当三角波的波谷刚好对应 H 时，总磁场与所加的
水平方向磁场（ H 1 ）满足 H H 1 H 地水 H 扫
一
引言
光泵，也称光抽运，是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级及塞曼子能级间粒子数的非平衡分 布的实验方法。光泵磁共振技术于1955年由法国科学家卡斯特勒发明，它是将光抽运技术和射频或微波磁 共振技术相结合的一种实验技术，这种技术最早实现了粒子数反转。 气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱，普通方法很难探测。本实验利用光泵磁共振方法克服 了磁共振信号弱的特点，将探测灵敏度提高了七八个数量级，能在弱磁场下精确检测原子能级的超精细结 构。本实验研究Rb原子的光泵磁共振现象，天然Rb有两种同位素： 85 Rb （丰度为72.15%）、 87 Rb （丰度 为27.85%）。
1 ~ H 扫 （左图）。 2
图 4 磁共振信号
而当三角波的波峰、波谷对应 H 时，判断共振信号时刻的误差较大，且总磁场 H 中含有 H 扫 项，计算 H 需较多组的数据。因此，实验中测量中图（即 H 对应三角波中央）所对应情况，也更容易判断共振信号 出现时刻。 实验中分别测量了扫场、水平场不同组合下，满足中图（H 对应三角波中央）情况的水平磁场电流， 计算时仅需要前三组即可。实验数据见表 1。三组情况分别对应
m F 1 的跃迁，所以处于 5 2 S1 / 2 的 m F 2 子能级上的粒子不能被激发至 5 2 P1 / 2 态。
2 当原子经历自发辐射和无辐射跃迁从 5 2 P 1 / 2 回到 5 S1 / 2 时，粒子返回到基态各子能级的概率相等。这
光泵磁共振
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩班级： 材物11-2 姓名： 闫霞 同组者： 王佳宁 教师 周丽霞光泵核磁共振实验【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。
【实验原理】1．铷原子基态和最低激发态的能级Rb 的价电子处于第五壳层，主量子数n=5。
主量子数为n 的电子，其轨道量子数L=0,1,……,n-1。
基态的L=0, 最低激发态的L=1。
电子还具有自旋，电子自旋量子数S=1/2。
由于电子的自旋与轨道运动的相互作用（即L-S 耦合）而发生能级分裂，称为精细结构，如图7-3-1所示。
原子的价电子在L-S 耦合中，其总角动量J P 与电子总磁矩J μ的关系为：J JJ P meg 2-=μ (7-3-1) )1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g JJ g 是朗德因子，J 是电子总角动量量子数，L 是电子的轨道量子数，S 是电子自旋量子数。
Rb 的两种同位素的自旋量子数I 是不同的，核自旋角动量I P 与电子总角动量J P 耦合成原子的总角动量F P , 有I J F P P P +=。
J-I 耦合形成超精细结构能级，由F 量子数标记，F=I+J ，I+J-1，…，|I-J|。
87Rb 的I=3/2，它的基态J=1/2，具有F=2和F=1两个状态，如图7-3-2所示。
85Rb 的I=5/2，它的基态J=1/2，具有F=3和F=2两个状态。
整个原子的总角动量F P 与总磁矩F μ之间的关系可写为2F FF eg P mμ=- (7-3-3)F g 是对应于F μ与F P 关系的朗德因子，可按类似于求J g 因子的方法算出。
考虑到核磁矩比电子磁矩小约3个数量级，F μ实际上为J μ在F P 方向上的投影，从而得(1)(1)(1)2(1)F JF F J J I I g g F F +++-+=+ (7-3-4)以上所述都是没有外磁场条件下的情况。
实验报告_光磁共振(样例)
这时将出现“射频受激辐射”，在射频场的扰动下，处于子能级上的原 子会放出一个频率为ν、方向和偏振态与入射量子完全一样的量子而跃 迁到的子能级，上的原子数就会减少；同样，子能级上的原子也会通 过“射频受激辐射”跃迁到MF=0的子能级上……如此下去，5S态的上面
四、【实验内容或步骤】
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 需30分钟温度稳定，按下工作键，此时铷灯应发出攻 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 达光电池的光通量最大。 (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。
在有外磁场B的情况下，总磁矩将与外场相互作用，由于总磁矩与磁场B 的相互作用，超精细结构中的各能级会进一步发生塞曼分裂，形成塞曼 子能级，使原子产生附加的能量：
其中称为玻尔磁子，ＭＦ＝－Ｆ，－Ｆ＋１，…Ｆ－１，Ｆ，共有２Ｆ ＋１个值。我们看到，原子在磁场中的附加能量Ｅ随ＭＦ变化，原来对 ＭＦ简并的能级发生分裂，
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。 (2)不开射频振荡器，扫场选择" 方波”，调节扫场的大小和方向， 使扫场与地磁场的 水平分量相反，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。
实验（ ）
光磁共振
一、【实验目的】
1. 加深原子超精细结构的理解，了解光泵磁共振的基本
原理；
北京师范大学物理系实验报告-铷原子光泵磁共振
1、确定光抽运信号
调节扫场、水平场及垂直场的大小和方向，可以找到如图5所示的波型，上方表示扫场方波，下方图形是发生光抽运时的信号波型。
此时水平方向上的磁场 是由地磁场水平分量 与 的叠加而成，受此磁场影响，铷原子的超精细结构能级发生塞曼分裂。当原子未收到 左旋偏振光照射的时候，根据式（8）可知处在基态各塞曼能级的原子数大致相同，也就是说在此时有总离子束的7/8可吸收 光，对光的吸收能力，反映在信号上就是A点光信号最弱的位置；粒子持续受到照射，随着粒子逐渐被抽运到 子能级上，能够吸收光的粒子数逐渐减少，因而透过样品的光强逐渐增加，最终达到B点光强最高的稳定点。之后扫场方向翻转，塞曼子能级随之发生简并及再分裂，能级简并时，Rb原子因碰撞导致自旋方向混乱而失去偏极化。重新分裂后，各塞曼子能级的粒子数有近似相等，对 光的吸收又达到最大值，也就是如图5下部分图形所示的光抽运信号。
4、塞曼子能级间的磁共振
在垂直于恒定磁场B0的方向上加一圆频率为ω1的线偏振射频场B1,此射频场可分解为一左旋圆偏振磁场与一右旋圆偏振磁场，当gF>0时，μF右旋进动，起作用的是右旋圆偏振磁场，此偏振磁场可写为：
B1=B1（excosω1t+eysinω1t）(9)
当ω1满足共振条件
ћω1=ΔEmF=gFμFB0(10)
二、实验原理
1、铷原子基态及最低激发态的能级
铷原子基态为 ，即电子的轨道量子数L=0，自旋量子数S=1/2，总角动量J=1/2。最低激发态 及 是由L-S耦合产生的双重态，轨道量子数L=1,自旋量子S=1/2。 态J=1/2； 态J=3/2。在能级5P与5S之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条线，为双线。 到 的跃迁产生的谱线为D1线，波长是7948Å； 到 的跃迁产生的谱线为D2线，波长是7800Å。核自旋I= 0的原子的价电子L-S耦合后总角动量 与原子总磁矩 的关系为：
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铷原子的光泵磁共振田卫芳 201411142023（北京师范大学物理系 2014 级）指导教师：何琛娟 实验时间： 2016.11.24摘要 本实验主要研究了铷原子的光泵磁共振现象，首先通过改变垂直场，消除地磁场垂直分量的影响；改变水平场，观察光抽运信号，同时计算地磁场的大小；利用扫场法观察磁共振信号，计算Rb Rb 8587和的F g 因子的大小，与理论值比较。
关键词 铷原子、超精细结构、塞曼能级分裂、光抽运、磁共振、 1. 引言在磁场中，塞曼分裂导致的磁能级间距通常比较小，因此，产生磁共振现象所需的能量通常位于射频或微波波段。
此波段的电磁波能量要比光频段的能量小得多，普通的光谱仪器根本无法分辨，所以对于那些磁共振信号很微弱的样品(比如气体样品)很难探测。
光抽运是用圆偏振光激发气态原子，打破原子在所研究能级间的热平衡分布，造成能级间所需要的粒子数差，以便在低浓度条件下提高磁共振信号强度。
光泵磁共振是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。
光泵磁共振采用光探测方法，探测原子对光量子的吸收，而不直接测量射频量子，克服了磁共振信号弱的缺点，大大提高了探测灵敏度。
本实验研究铷原子（Rb ）的光泵磁共振现象，并测量Rb 的朗德因子。
天然铷有两种同位素: 丰度为72．15％的Rb 85，丰度为27．85％的Rb 87。
2. 实验原理2.1 Rb 原子基态及最低激发态的能级Rb 是碱金属原子，最外层有一个价电子，基态时位于5s 能级上，其轨道角动量量子数L=0,自旋角动量量子数为S=1/2，考虑L-S 耦合后，其总角动量J=1/2，记作52S 1/2 ，其最近激发态为52P 1/2和52P 3/2。
电子由5p 跃迁到5s 所产生的光辐射是Rb 原子主线系的第一条线，为双线，其强度在Rb 灯光谱中特别高，其中52P 1/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 1线，波长794.8nm ，52P 3/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 2线，波长780.0nm 。
在核自旋量子数I=0时，原子的价电子经L-S 耦合后总角动量J P 与原子总磁矩J μ 关系为2J JJeeg P m μ=-(1)(L 1)(S 1)12(J 1)J J J L S g J +-+++=++但当I ≠0时，原子总角动量还要考虑核的贡献。
由量子数F 标定原子的超精细结构能级。
原子总角动量P F 与总磁矩μF 之间的关系为2F FFeeg P m μ=-F(F 1)(J 1)(I 1)2(F 1)F JJ I g g F +++-+=+在弱磁场中原子的超精细结构产生反常塞曼分裂，磁量子数m F =F ，F-1……，-F ，会产生2F+1个能级间距基本相等的塞曼子能级，如图2-1所示图2-1 铷原子能级图弱磁场条件下，通过解Rb 原子的定态薛定谔方程，可得其能量本征值为00[F(F 1)J(J 1)I(I 1)]g 2F F B abE E m B =++-+-++μ 其中B μ为玻尔磁子，a 为磁偶极相互作用常数，基态52S 1/2的相邻塞曼子能级之间的能量差为∆E m F =g F μB B 02.2 圆偏振光对Rb 原子的激发与光抽运效应跃迁时，原子和光子的总能量和总动量守恒。
能量守恒要求能级差为hv 。
选择定则： ∆L =±1；∆F =0,±1； ∆m F =+1用Rb 光谱D 1线+σ激发Rb 原子时，对于87Rb,只有m F =+2上的粒子不能被激发至52P 1/2态(因为没有m F =+3子能级)。
粒子经过自发辐射和无辐射跃迁返回基态各能级的几率大致相等，若干循环之后，m F =+2子能级上的粒子数大大增加，即光抽运效应。
各子能级上粒子数的这种不均匀分布叫做“偏极化”，过程如图2-2所示。
右旋偏振光光抽运具有相反的作用，即将粒子抽运到m F =-2子能级上。
对于85Rb 则是将粒子抽运至m F =+3子能级上。
图2-2 （a ）87Rb 基态粒子吸收D 1+σ光子跃迁到激发态的过程（b ）87Rb 激发态粒子通过自发辐射返回基态各子能级2.3弛豫过程热平衡时，基态各子能级粒子数满足Boltzman 分布，而光抽运使能级之间的粒子数之差大大增加，使系统处于非热平衡分布状态。
系统由偏离热平衡分布状态趋向热平衡分布状态的过程称为弛豫过程。
Rb系统中几个主要弛豫过程有：（1）铷原子与容器壁的碰撞：导致子能级的跃迁，使原子恢复到热平衡分布。
（2）铷原子之间的碰撞：导致自旋-自旋交换弛豫，失去偏极化。
（3）铷原子与缓冲气体之间的碰撞：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，对原子的偏极化基本没有影响2.4 塞曼子能级之间的磁共振在垂直于恒定磁场B的方向加一圆频率为ω1的线偏振射频场1B，当F g>0时，起作用的是右旋圆偏振磁场。
当ω1满足共振条件：hω1=∆E mF=g FμB B0塞曼子能级间将产生磁共振，大量粒子由mF =+2子能级跃迁到mF=+1子能级上，感应跃迁与光抽运将达到一个新的动态平衡。
由于mF≠+2的各子能级上粒子数比未共振时多，因此对于D1的+σ光的吸收会增大。
2.5 光探测射到样品上的D1σ+光一方面起到光抽运作用，另一方面透过样品的光兼作探测光。
测量透过样品的D1σ+光强的变化即可得到磁共振的信号，实现了磁共振的光探测，巧妙地将一个低频射频光子（1―10MHz）转换为一个光频光子（810 MHz）,使信号功率提高了7－8 个数量级。
3.实验装置本实验采用的Rb原子光泵磁共振实验装置如图3-1所示图3-1光泵磁共振实验装置光源采用高频无极放电Rb 灯，透过率大于60％，带宽小于15nm 的干涉滤光片就能很好地滤去D2线。
用高碘硫酸奎宁偏振片和40μm 左右的云母1／4波片可产生左旋圆偏振光σ+。
透镜L1可将光源发出的光变为平行光，透镜L2将透过样品泡的平行光会聚到光电接受器上。
产生水平磁场的亥姆霍兹线圈的轴线应与地磁场水平分量方向一致(即应指向南北方向)，其大小B 0可由0至2高斯或更高连续可调。
产生垂直磁场的亥姆霍兹线圈用以抵消地磁场的垂直分量。
样品泡是一个充有适量天然Rb 、直径约5cm 的玻璃泡，泡内还充有约1．33×310Pa 的氮、氮等缓冲气体。
4. 实验内容4.1 预热调节灯光，加热样品泡和Rb 灯。
通常样品泡的温度应稳定在40—60℃，而Rb 灯的温度应控制在90℃左右。
预热时间大约需要半小时，待“灯温”，“池温”的指示灯亮后，就可以开始实验。
4.2 消除地磁场垂直分量的影响，观察光抽运信号将扫场输出方式设置为方波，加上外磁场的瞬间，发生抽运效应，粒子多数被抽运到2m +=F 的能级上，方波扫过零反向时，塞曼能级发生简并再分裂，能级简并时失去偏极化，重新分裂后，各级塞曼能级的粒子数又近似相等，对D1光的吸收达到了最大值。
调节垂直场的大小，当光抽运信号最大时说明垂直方向总磁场为零，地磁场的垂直分量被抵消，即此时垂直线圈产生的磁场大小就等于地磁场垂直分量的大小。
改变扫场和水平场方向，调节水平场电流大小，当观察到示波器上的光抽运信号左右均匀，即光抽运信号的周期为方波的1/2时，分别记录下扫场和水平场的方向，以及水平场的电流大小。
4.3 观察光泵磁共振信号采用扫场法测量磁共振信号。
扫场方式选择三角波，调节水平场大小观察磁共振信号出现情况。
调节水平场逐渐增大时，观察到示波器上在某一时刻出现一系列相同的磁共振信号，记录此时的水平场大小。
继续增大水平场会发现磁共振信号出现大小不等的情况，之后又形成一系列相同的磁共振信号，再记录此时水平场的大小。
分别改变扫场方向和水平场方向，重复以上操作。
由记录的实验数据计算Rb的两个同位素的gf值，并与理论值进行比较。
4.4测定地磁场根据实验数据计算地磁场的水平和垂直分量。
5.实验结果分析5.1 观察光抽运调节1/4玻片，使光信号达到最强，获得圆偏振光，调节垂直场的电流，当电流值为0.072A时光信号最强，即消除了地磁场垂直分量的影响。
改变扫场方向和水平场方向，调节水平场电流大小，观察光抽运过程，在电流增大的过程中，示波器上光抽运信号的波形与方波由周期相同，波形同向→变为方波周期的1/2（如图5-1）→周期相同，波形反向。
图5-1 光抽运信号分析：加外磁场之前，基态中各塞曼子能级上的粒子数接近热平衡，即各子能级上的粒子数大致相等，对光的吸收能力最强；增大水平场，发生光抽运，粒=+2子能级上，能吸收σ+的光粒子数减少，透过的光粒子越来子逐渐被抽运到MF越多，观察到示波器上的光信号逐渐增强；当被抽运的粒子数达到饱和时，透过的光粒子达到最大且不再变化；当磁场扫过零点时，即水平方向的总磁场为零，观察到示波器上显示光抽运信号的波形周期变为方波的1/2；然后总磁场变为原来的反向时，各塞曼子能级跟随着发生简并随即再分裂。
能级简并时铷的子分布由于碰撞等导致自旋方向混杂而失去了偏极化，所以重新分裂后各塞曼子能级上的粒子数又近似相等，对+δ1D 光的吸收又达到最大值，以上是光抽运信号变化的全过程。
记录当周期变为1/2时，水平场的电流值如下表表5-1 改变扫场、水平场方向对应的电流值由于是水平方向总磁场为零的时刻，所以上述两组数据对应着以下方程组:B 地水平−B 水平1+B ̅=0 B 地水平−B 水平2−B̅=0 两式联立解得：B 地水平=12（B 水平1+B 水平2）根据公式B 地水平=16π53/2×Nr ×I ×10−3（其中N=250，r=0.2367m ） B 地垂直=32π53/2×Nr ×I ×10−3（其中N=100，r=0.1530m ） 并且测量计算得：I 水平=0.0485A ，I 垂直=0.072A 则代入数据解得B 地水平=0.2303Gs B 地垂直=0.4231Gs5.2 观察磁共振，计算朗德因子的值已知射频场频率ω1=650KHz ， hω1=g F μB B 0，μB =9.2741×10−24 J/T 调节水平场电流在0~0.8范围内观察磁共振现象，实验图像如图5-2所示图5-2-1 Rb 87磁共振图像 图5-2-2 Rb 85磁共振图像取特殊时刻，即交流场效果为零时，满足公式B 共=B 地+B 水平+B ̅，改变水平场和扫场方向，记录水平场电流值如下表表5-2 改变扫场、水平场方向对应的电流值（磁共振）编号 扫场方向 水平场方向 Rb 87对应电流(A)Rb 85对应电流(A)1 + + 0.115 0.2142 + - 0.282 0.3823 - - 0.208 0.307 4-+0.1860.287对应的关系式为：B 共=B 地+B 水平1+B ̅； −B 共=B 地−B 水平2+B ̅； −B 共=B 地−B 水平3−B ̅； B 共=B 地+B 水平4−B ̅； 联立解得:B 共=12（B 水平1+B 水平2） B 地=12（B 水平3−B 水平1）同样根据公式B 水平=16π53/2×Nr ×I ×10−3（其中N=250，r=0.2367m ） 则对于Rb 87： B 共=0.94258Gs 朗德因子：g F85=hω1μB B 0=0.492相对误差：δ87=g F −g F 理g F 理×100%=1.6%则对于Rb 85： B 共=1.41505Gs 朗德因子：g F85=hω1μB B 0=0.328 相对误差：δ85=g F −g F 理g F 理×100%=1.5%相对误差较小，较为符合理论值。