实验光泵磁共振实验
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。
实验 光泵磁共振实验
实验 光泵磁共振实验在五十年代初期，法国物理学家卡斯特勒（A ·H ·Kastler ）提出了光抽运（optical pumping ，又称光泵）技术，并发现和发展了研究原子核磁共振的光学方法，因此于1966年荣获诺贝尔物理学奖。
光抽运（即光泵）是用圆偏振光束激发气态原子的方法，以打破原子在所研究的能级间的玻耳兹曼热平衡分布，造成所需的布居数差，从而在低浓度的条件下提高了核磁共振强度，这时再用相应频率的射频场激励原子的磁共振。
在探测核磁共振方面，不是直接探测原子对射频量子发射或吸收，而是采用光电探测的方法，探测原子对光量子的发射或吸收。
由于光量子的能量比射频量子高八个数量级，所以探测信号的灵敏度比一般磁共振探测技术高八个数量级。
三十多年来，用光抽运——磁共振——光电探测技术对许多原子、离子和分子进行了大量研究，增进了对微观粒子结构的了解。
如对原子的磁矩、朗德因子g ，能级结构、塞曼分裂等，尤以对碱金属原子（铷等）激发态精细与超精细结构的研究方面起了很大推动作用。
此外光抽运技术在激光、原子频标和精测弱磁场等方面也都有广泛的应用。
本实验以碱金属——铷（Rb ）原子做为研究对象，所涉及的物理内容丰富，应用到原子物理学，光学，电磁学及无线电电子学等方面的知识，并定性或定量地了解到原子内部的很多信息。
它是典型的波谱学教学实验之一。
实验原理1、 铷（Rb ）原子的精细结构与超精细结构能级本实验研究气态的自由原子——铷（Rb ）,它和所有碱金属原子Li 、Na 、K 一样，在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。
铷的价电子处于第五壳层，主量子数n = 5。
n 为5的电子，其轨道量子数L = 0，1，2，3，4，(n -1)。
基态L = 0，最低激发态L = 1，电子自旋量子数s = 1/2。
由于电子的轨道运动与自旋的相互作用（即L-S 耦含）而发生的能级分裂，称为原子的精细结构（见图1）。
轨道角动量L P 与自旋角动量S P 合成为总角动量S L J P P P+=。
近代物理实验近代物理实验IA部分光泵磁共振实验
0.173A
学习难点
• 各种磁场的作用（影响）：地磁场、水平 场、垂直场、扫场——磁场大小、方向如 何组合实现所需实验条件，以便观察对应 的实验现象
• 正确理解观察到的丰富、多变的实验现象
注意事项
• 一个特定的实验条件下有多个“共振频率”，怎么理解？ “多量子过程”能解释吗？
6. h = gFBB，磁共振 ( ~ MHz) 7. 光探测：
1.50℃时，铷的饱和蒸汽压：~10-6 Torr，n？
2.透射光的变化反应磁共振，信号功率~108倍放大
8. 直流背景下交变信号的提取
光抽运过程示意图
基本概念
• 精细结构、超精细结构、塞曼分裂
• g 因子
谢谢！ 请提问！
• 共振线宽的物理含义？怎么正确测量？ ——要注意信号处理过程对结果可能产生的影响。
探测器的放大电路
参考文献
• 《近代物理实验补充讲义》，复旦大学物 理教学实验中心
• 吴思诚、王祖铨，《近代物理实验》（第 三版），高等教育出版社：北京，2005.11
近代物理实验近代物理实验IA部分光泵磁共振实验
光泵磁共振
1. 当 B ~ 10-5 T, E = gFBB≪kT (T~300K) 1.根据波尔兹曼分布，处于
2.不同塞曼子能级上的原子近似平均分布
2. D1+激发，选择定则： 1.F = 0,1，MF = +1
3. 退激，选择定则：MF = 0,1 4. 使原子密集于MF = +2，偏激化 5. 上述过程称为光抽运（光泵）
• 玻尔兹曼分布、偏极化 • 激发、弛豫、吸收、抽运、磁共振 • 圆偏振光激发、选择定则
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。
近代物理实验6-3光泵磁共振
2.弛豫过程 光抽运造成大的粒子数差，使系统处于非热平衡状态。使 系统趋向于热平衡分布的过程即弛豫。实验中主要有以下过程：
a.铷原子与器壁碰撞导致子能级间的跃迁 b.铷原子之间碰撞导致自旋—自旋交换弛豫 c.铷原子与缓冲气体间的碰撞 a、b过程会使系统失去偏极化，且铷原子与器壁碰撞是失 去偏极化的主要原因，而c过程对偏极化基本无影响，故在样 品泡中冲入缓冲气体，大大减少了铷原子与器壁碰撞的机会， 可以保持高度偏极化。
近代物理实验
6-3光泵磁共振
光泵磁共振是光抽运和磁共振结合在一起的物
理过程，与传统的光谱技术相比具有更高的分辨率
和灵敏度，且克服了核磁共振中的一些限制因素， 在研究原子结构、磁场精确测量、激光技术等领域
有着广泛应用。
本实验通过光抽运下的磁共振测量过程，学习
观察原子与辐射场相互作用过程中的量子跃迁。
高立模，《近代物理实验》 [M]，南开大学出版社 杨福家，《原子物理学》 [M]，高等教育出版社
光泵磁共振实验装置
全套实验装置方框图
1.观察光抽运信号
使扫场线圈的方形波磁场与H地垂直相反，调节H水平及 H垂直为零，旋转起偏镜，观察到部分光被吸收的信 号。调节起偏镜透振方向和H垂直的大小，使吸收信 号达到最强，此时H垂直与H地垂直刚好抵消。
2.测量87Rb的gF值 h ν =gF μ BB
3.磁共振原理 塞曼能级差： Δ E=gF μ BB 在垂直于B的方向加一射频线偏振场，左 旋圆偏振场与原子磁矩进动方向一致， 调节射频场频率与拉莫尔角频率相等， 发生吸收或感应跃迁： ω=ΔE=gFμBB
4.光磁共振 通过光抽运造成能级间显著的粒子数差，满足磁共振条件时， 发生感应跃迁。测量D1 σ +光强的变化可得磁共振信号。
光泵磁共振-物理试验
实验 4.5 光泵磁共振20世纪50年代初期，法国科学家卡斯特莱（A.Kastler）提出采用光抽运技术（光泵），即用圆偏振光来激发原子，打破原子在能级间的热平衡，造成能级上粒子集聚差数，使得在低浓度下有较高的共振强度。
这时再以相应频率的射频场激励原子磁共振，并采用光探测法，使探测信号灵敏度有很大提高。
这个方法的出现不仅使微观粒子结构的研究前进了一步，而且在激光、量子标频和精测弱磁场等方面也有重要突破。
1966年, A.Kastler由于发现和发展了研究原子中核磁共振的光学方法（既光泵磁共振）而获诺贝尔物理奖。
一、实验目的1.加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解；2.掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法；3.测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。
二、仪器与用具光泵磁共振实验装置、射频信号发生器、示波器、频率计等三、实验原理1．铷（Rb）原子基态及最低激发态的能级铷是一价的碱金属，它的价电子处于第5壳层，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。
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，形成原子的精细结构(如图1)。
电子总角动量的量子数J=L+S，L+S-1，…，|L-S|。
对于铷原子的基态，L=0，S=1/2，故J=1/2；其最低激发态，L=1，S=1/2，故J=1/2和2/3。
在5P与5S 能级之间产生的跃迁是铷原子光谱主线系第一条线，为双线，在铷灯的光谱中强度特变大。
52P1/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D1线，波长是7947A；52P3/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D2线，波长是7800A。
互作用造成能级的附加分裂，称为超精细结构(如图2)。
铷元素在自然界主要有两种同位素Rb 87和Rb 85。
两种同位素Rb 87和Rb 85核的自旋量子数I 是不同的。
核自旋角动量P I 与电子总角动量P J 耦合成P F （P F =P I +P J ），耦合后的总量子数F=I+J ，…，︱I -J ︱, Rb 87的I = 3/2，Rb 85的I = 5/2，故Rb 87基态的F=1和2； Rb 85的基态的F=2和3。
光泵磁共振教案 实验原理
光泵磁共振实验 实验原理、数据记录及数据处理【引言】气体原子中的磁共振信号十分微弱，观测十分困难。
1950年，法国物理学家卡斯特勒（Ａ．Kastler ）提出了光抽运的方法（即Optical Pumping ，故又译作光泵），可使原子能级的粒子数分布产生重大改变（偏极化），并可利用抽运光对磁共振信号作光检测，从而大大的提高了信号强度和检测灵敏度。
卡斯特勒因此而荣获1966年诺贝尔物理学奖。
【实验目的】1、加深对原子超精细结构的理解；2、掌握以光抽运为基础的光检测共振方法。
【实验仪器】光磁共振实验仪、示波器、频率计、射频信号发生器。
【实验原理】 ●铷原子基态和激发态能级（1）L S 耦合，,1,||J L S L S L S =++-- 。
铷原子基态0L =，12S =，故12J =；其最低激发态1L =，12S =，故12J =和32；为精细结构。
（2）IJ 耦合，,1,||F I J I J I J =++-- 。
铷原子核自旋不为零，两个同位素核自旋量子数I 也不相同。
87Rb 的3/2I =，85Rb 的5/2I =，故87Rb 的基态的1F =和2，85Rb 的基态的2F =和3。
由F 定标的能级称为超精细结构。
在磁场中铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂。
定标这些磁量子数,1,F m F F F =-- ，因而一个超精细结构能级分裂为21F +。
设原子总角动量对应的原子总磁矩为F μ，F μ与外磁场0B 的相互作用能为： 00F F F B E B g m B μμ=-⋅=（其中：2419.2741102B ee J Tm μ--==⨯⋅ ，(1)(1)(1)2(1)F J F F J J I I g g F F +++-+=⋅+（其中： (1)(1)(1)12(1)J J J S S L L g J J +++-+=++）相邻塞曼子能级能量差为： 0F B E g B μ∆= ●光抽运效应由于超精细塞曼子能级间的能量差E ∆很小，这些能级上的粒子数近似相等，不利于观察这些子能级间的共振现象，为此卡斯特勒提出光抽运的方法，即用圆偏振光激发原子，使原子能级的粒子数分布产生重大改变。
实验29 光泵磁共振
实验29 光泵磁共振光泵磁共振是利用光抽运技术来研究原子超精细结构的塞曼子能级间磁共振现象的光磁双共振技术，在五十年代初由A.Kastler 等人提出。
虽然气体原子的塞曼子能级的磁共振信号非常微弱，但由于运用了光探测技术，光泵磁共振既保存了磁共振信号高分辨率的特点，又提高了探测信号的灵敏度，灵敏度比一般的磁共振探测提高了几个数量级。
因而，在研究原子、分子内部微观结构及弱磁场精密测量等方面具有广泛的应用。
一、 实验目的1.了解光泵磁共振的基本知识，熟悉光抽运-磁共振-光检测的实验方法。
2.测量87Rb 和85Rb 的g F 因子。
二、 实验原理1.铷原子的超精细结构及其塞曼分裂本实验的研究对象是铷(Rb)气态自由原子，天然Rb 由72.15%的85Rb 和27.85%的87Rb 组成。
Rb 原子是一价碱金属原子，原子序数是37，价电子处于第5壳层，主量子数n=5，L=0，1，…，n-1，基态L=0，最低激发态L=1。
由电子的自旋与轨道运动的相互作用（即L-S 耦合）而发生的能级分裂称为精细结构。
对于Rb 原子，基态为52S 1/2，最低激发态是52P 1/2，52P 3/2，5P 与5S 能级之间产生的跃迁是原子主线系的第一条线，对应的两条谱线是7948Å（D 1线）和7800Å（D 2线）。
考虑到原子核有自旋和磁矩，核磁矩与电子总磁矩之间相互作用将造成能级的附加分裂，这种附加分裂称为超精细结构。
87Rb 和85Rb 的核自旋量子数I 分别为3/2和5/2。
核自旋角动量P I 与电子总自旋角动量P J 相互耦合，这种耦合称为I-J 耦合，形成总角动量P F ，P F =P I +P J 。
I-J 耦合形成超精细结构能级，用总量子数F 标记，F=I+J ，…，∣I-J ∣。
对于87Rb ，对应I=3/2，基态J=1/2，F=1，2；对于85Rb ，对应I=5/2，基态J=1/2，F=2，3。
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实验 光泵磁共振实验在五十年代初期，法国物理学家卡斯特勒（A ·H ·Kastler ）提出了光抽运（optical pumping ，又称光泵）技术，并发现和发展了研究原子核磁共振的光学方法，因此于1966年荣获诺贝尔物理学奖。
光抽运（即光泵）是用圆偏振光束激发气态原子的方法，以打破原子在所研究的能级间的玻耳兹曼热平衡分布，造成所需的布居数差，从而在低浓度的条件下提高了核磁共振强度，这时再用相应频率的射频场激励原子的磁共振。
在探测核磁共振方面，不是直接探测原子对射频量子发射或吸收，而是采用光电探测的方法，探测原子对光量子的发射或吸收。
由于光量子的能量比射频量子高八个数量级，所以探测信号的灵敏度比一般磁共振探测技术高八个数量级。
三十多年来，用光抽运——磁共振——光电探测技术对许多原子、离子和分子进行了大量研究，增进了对微观粒子结构的了解。
如对原子的磁矩、朗德因子g ，能级结构、塞曼分裂等，尤以对碱金属原子（铷等）激发态精细与超精细结构的研究方面起了很大推动作用。
此外光抽运技术在激光、原子频标和精测弱磁场等方面也都有广泛的应用。
本实验以碱金属——铷（Rb ）原子做为研究对象，所涉及的物理内容丰富，应用到原子物理学，光学，电磁学及无线电电子学等方面的知识，并定性或定量地了解到原子内部的很多信息。
它是典型的波谱学教学实验之一。
实验原理1、 铷（Rb ）原子的精细结构与超精细结构能级本实验研究气态的自由原子——铷（Rb ）,它和所有碱金属原子Li 、Na 、K 一样，在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。
铷的价电子处于第五壳层，主量子数n = 5。
n 为5的电子，其轨道量子数L = 0，1，2，3，4，(n -1)。
基态L = 0，最低激发态L = 1，电子自旋量子数s = 1/2。
由于电子的轨道运动与自旋的相互作用（即L-S 耦含）而发生的能级分裂，称为原子的精细结构（见图1）。
轨道角动量L P 与自旋角动量S P 合成为总角动量S L J P P P+=。
原子能级的精细结构用总角动量量子数J 标记，J =L +S ，L +S -1，……，|L -S |。
对基态，L ＝0和S＝1／2，因此Rb 基态J =0+1/2=1/2。
其标记为52S 2/1。
Rb 最低激发态，L =1和S =1/2，因此J =1/2和J =3/2，是双重态：52P 1/2和52P 3/2。
5P 与5S能级之间产生跃迁是Rb 原子主线系第1条线，为双线。
它在铷灯光谱中强度是很大的。
52P 1/2→52S 1/2跃迁产生波长为7947.6Å为D 1谱线，52P 3/2→52S 1/2跃迁产生波长为7800A 为D 2谱线。
原子的价电子在LS 耦合中，原子的电子总磁矩μj 与总角动量的关系为j e j j P m e g 2=μ ⑴ 式中g j 是原子的朗德因子，计算公式为)1(2)1()1()1(1++++-++=j j s s l l j j g j ⑵ ⑴、⑵式表达了单电子原子总磁矩的数值与总角动量P j 值的关系。
核也具有自旋和磁矩，而核磁矩与原子的电子总磁矩之间相互作用造成能级的附加分裂，称为超精细结构，如图2所示。
核自旋角动量I P 与电子总动量j P 耦合成F P，j I F P P P +=，量子数F = I + j ， |I - j |。
Rb 87的I= 3/2，基态j = 1/2，具有F = 1和F = 2两个态；Rb 85的I =5／2，基态j ＝1／2，具有F ＝3和F＝2两个态。
因此，铷元素在自然中有两种同位素：Rb 87和Rb 85（各占27.85％和72.15％）。
整个原子的总角动量P F 与总磁矩μF 之间的关系可写为F F F P m e g2=μ ⑶ 式中g F 是对应于μF 与P F 关系的朗德因子。
考虑到核磁矩比电子磁矩小约三个数量级，μF 实际上为μJ 在P F 方向的投影，从而得)1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g J F ⑷ 以上所述都是没有外磁场的情况。
如果原子处在外磁场B 中，由于原子总磁矩μF 与B 的相互作用，超精细结构的各能级进一步发生塞曼分裂形成塞曼子能级。
用磁量子数M F 表示，则M F = F ，F -1，……，-F ，即分裂成2F ＋1个子能级，其间隔相等。
Rb 87和Rb 85能级图见图3和图4。
原子的总磁矩μF 与外磁场B 的相互作用能为：B M g B P me g B E F B F F F μμ=⋅=⋅-= 2 ⑸ 式中μB 为玻尔磁子。
各相邻塞曼子能级的能量差为：B g E B F μ=∆ 1+=∆F M ⑹ 可以看出，ΔE 与B 成正比。
当外磁场为零时，各塞曼子能级将重新简并为原来的能级。
2、光抽运会增大粒子布居数之差，以产生粒子数偏极化当气态Rb 87原子受D 1σ+左旋圆偏振光照射时，遵守光跃迁选择定则：ΔF =0，±1 ΔM F = ＋1在由52S 2/1能级到52P 2/1能级激发跃迁中，由于σ+ 光子的角动量为 +，只能产生ΔF =±1的跃迁。
基态M F = ＋2子能级上原子若吸收光子就将跃迁到M F = ＋3的状态，但52P 2/1各子能级最高为M F = ＋2，因此基态M F = ＋2子能级上的粒子就不能跃迁，换句话说就是其跃迁几率为零。
而由52P 1/2→52S 1/2的向下跃迁（发射光子）中，ΔM F =0，±1的各跃迁都是可能的。
见图5(a)(b)。
从图5中看出，经过多次上下跃迁，基态中M F =＋2子能级上的粒子数只增不减，这样就增大了布居数的差别，这种非平衡分布称为粒子数偏极化。
原子受光激发，在上下跃迁过程中使某个子能级上粒子过于群集称之为光抽运。
光抽运的目的就是要造成基态能级中的偏极化，实现了偏极化就可以在子能级之间进行磁共振跃迁实验了。
在实验中为了保持原子分布的高度偏极化，延长驰豫过程（系统由非热平衡分布状态趋向平衡状态的过程），采取在铷样品泡中充入10乇的密度较大的氮气，以便减少铷原子与容器及与其它铷原子碰撞的机会。
此外，铷样品泡内的温度过高或过低，也会使铷原子分布的偏极化减小，因此有个最佳温度范围，在40－60摄氏度之间。
3、塞曼子能级之间的磁共振因光抽运而使Rb 87原子分布偏极化达到饱和以后，铷蒸气不再吸收D 1σ+光，从而使透过铷样品泡的D 1σ+光增强。
这时，在垂直于产生塞曼分裂的磁场B 的方向加一频率为ν的射频磁场，当ν和B 之间满足磁共振吸收条件时B g h B F μν= ⑺ 在塞曼子能级之间产生感应跃迁，称为磁共振。
跃迁遵守选择定则ΔF = 0 ， ΔM F = ±1铷原子将从M F =＋2的子能级向下跃迁到各子能级上，即大量原子由M F =＋2的能级跃迁到M F =＋1，见图6。
以后又跃迁到M F = 0，M F =＋2等各子能级上。
磁共振破坏了原子分布的偏极化，但同时原子又继续吸收入射的D 1σ+光而进行新的抽运，而透过样品泡的光变弱了。
随着抽运过程的进行，粒子又从M F =―2，―1，0，＋1各子能级被抽运到M F =＋2的子能级上。
随着粒子数的偏极化，透射光再次增强。
这样，光抽运与感应磁共振跃迁达到一个动态平衡。
由于光跃迁速率比磁共振跃迁速率大几个数量级，因此光抽运与磁共振的过程可以连续地进行下去。
Rb 85有类似的情况，只是D 1σ+光将Rb 85抽运到基态M F = ＋3的子能级上，在共振时又跳到M F = ＋2，＋1，0，―1，―2，―3等子能级上。
在实验时，射频（场）频率ν和产生塞曼分裂的磁场B ，两者可以固定一个改变一个，以满足磁共振条件⑸式。
改变频率称“扫频法”，改变磁场称“扫场法”。
本实验装置采用“扫场法”，亦可使用“扫频法”。
4、光探测投射到铷样品泡上的D 1σ+光，一方面起光抽运的作用，另一方面，透射光的强弱变化反映样品物质的光抽运过程和磁共振过程的信息，因此又可以兼作探测光，用以观察光抽运和磁共振。
这样，对铷样品加一射频场（同时存在着使铷原子产生塞曼分裂的磁场），用D 1σ+光照射铷样品泡，并探测透过样品泡的光强，就实现了光抽运——磁共振——光探测的全过程。
在探测过程中，射频（106Hz ）信息转换成了频率高的光频（1014Hz ）光子的信息，这样就使信号功率大大提高了。
实验装置本实验系统由主体单元、电源、辅助源、射频信号发生器及示波器五部分组成。
见图7。
1、主体单元主体单元是该实验装置的核心，如图8所示。
由铷光谱灯。
准直透镜（内有偏振片和1/ 4波片）、吸光池、聚光镜、光电探测器及亥姆霍兹线圈组成。
在图8中，铷光谱灯是抽运光源，它是一种高频气体放电灯，由高频振荡器，控温装置和铷灯泡组成。
铷灯泡放在高频振荡回路的电感线圈中，在高频电磁场的激励下产生无极放电而发光。
整个振荡器连同铷灯泡放在同一恒温槽内，温度控制在80~90℃。
高频振荡器的频率约为55~65MHz。
在铷光谱灯出口处，安装一个干涉滤光片，从铷光谱中选出中心波长λ=7947.6Å（D1）的单色光，（D2）光滤掉。
偏振片和1/4波片使D1光成为左旋圆偏振光D1σ+。
在光路上安装两个透镜，一个为准直透镜，一个为聚光透镜，两透镜的焦距均为77mm，它们使D1σ+光平行通过主体单元中央的铷“吸收池”，最后汇聚到光电池上。
铷吸收泡和射频线圈置于圆柱形的恒温槽内，称它为“吸收池”。
槽内温度约在55℃左右。
铷吸收泡内充满天然铷和惰性缓冲气体（氮），在铷样品泡（Φ=52mm）外两侧对称放置一对射频线圈，它为铷原子磁共振跃迁提供射频场。
“吸收池”安放在两对亥姆霍兹线圈的中心。
小的一对线圈产生的磁场用来抵消地磁场的垂直分量。
大的一对线圈有两个绕组，一组在外，为产生水平直流磁场的线圈，它使铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂。
另一组在内，为扫场线圈，扫场是在直流磁场上叠加的一个调制磁场（方波或三角波）。
光电探测器接收透射光强度的变化，并把光信号转换成电信号，经放大后从示波器上显示出来（放大器倍数大于100）。
2、主电源主电源为主体单元提供三组直流电；第Ⅰ路是0~1A可调稳流源，为水平磁场提供电流；第Ⅱ路是0~0.20A可调稳流源，为垂直磁场提供电流；第Ⅲ路是24V/2A稳压源，为铷光谱灯、控制电路、扫场提供电压。
电源箱上有两块数字表，分别指示水平场、垂直场的电流大小。
其面板图如图9所示。
3、辅助源辅助源为主体单元提供三角波、方波扫场信号及温度控制电路等。
射频信号是先输入辅助源，再由24芯电缆将辅助源与主体单元联接起来。
辅助源上设有水平场、垂直场和扫场方向的控制开关及铷光谱灯和“吸收池”的控温指示。