光磁共振
光磁共振
实验9.3 光磁共振实验引言为了研究物质内部不同层次的结构和性质，利用电磁波与物质的相互作用作为研究手段，最早使用的是光谱学方法，取得有关原子、分子结构的大量数据，促进了原子、分子物理学的发展，但由于仪器分辨率和谱线线宽的限制，对原子、分子等微观粒子内部更加细致的结构和性质得不到满意的结果，后来发展了波谱学的方法，直接观测在外磁场中原子精细结构能级、超精细结构能级和塞曼子能级间的微波或射频共振（通常称为磁共振）。
分辨率提高了，但是跟微波或射频共振相联系的能级间的能量差很小，由玻尔兹曼分布所造成的粒子在能级上的布居数之差也很小，而且磁偶极跃迁几率比电偶极跃迁几率小几个数量级，磁共振信号很弱，难于探测，迫切需要提高共振信号的强度。
凝聚态物质的波谱学如核磁共振、电子顺磁共振，实验样品浓度较大，加上高灵敏度的电子技术探测方法，可以获得很好的共振信号，在很多领域得到应用。
然而对于研究自由原子的气态波谱学来说，由于样品浓度低几个数量级，共振信号极弱，必须设法提高共振信号强度，才能进行实验观测。
实验目的1.掌握“光抽运—磁共振—光探测”的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子能级间的射频磁共振。
2.测定铷原子Rb 87和Rb 85的参数：基态朗德因子g F 和原子核的自选量子数I 。
3.测定地磁场B 地和垂直分量B 地垂直、水平分量B 地水平及其倾角θ。
实验原理光磁共振是根据角动量守恒原理，用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间微波或射频磁共振现象的双共振技术。
特点是兼有波谱学方法的高分辨率和光谱学方法的高探测灵敏度。
这里就光磁共振技术对气态铷原子样品探测的实验原理逐一进行介绍。
1.铷原子的超精细结构及其塞曼分裂铷是一价碱金属原子，有一个价电子，处于第5壳层，主量子数n =5，电子轨道量子数L =0，1，···，n −1=4，电子自旋S =12。
铷原子中价电子的轨道角动量P L 和自旋角动量P S 发生轨道—自旋耦合（LS 耦合），得到电子总角动量P J ，其数值P J = J J +1 ħ，J =L +S ，L +S −1，···，|L −S|。
光磁共振实验(revise)
h 3 g F B ( BDC BS B e⁄⁄)
(6)
4/7
光磁共振实验
图 6 测量地磁场水平分量时光磁共振信号图像
由（2）式加（6）式得：
Be⁄⁄= 三、实验仪器
h( 1 3 ) 2g F B
（7）
本实验系统由主体单元、主电源、辅助源、射频信号发生器及示波器五部分组成。见图 2：
光磁共振实验
一、实验目的 1．了解光泵磁共振的原理，观察光磁共振现象; 2． 测量铷（Rb）原子的 g F 因子（和地磁场）. 二、实验原理 1． 光磁共振的概念 光磁共振，是把光频跃迁和射频磁共振跃迁结合起来的一种物理过程, 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。 2． 光抽运效应 处于磁场环境中的铷原子对 D1σ+光的吸收遵守如下的选择定则： L 1， F 1,0 ， M F 1 根据这一选择定则可以画出吸收跃迁图，如图 1 所 示 5S 能级中的 8 条子能级除了 MF=+2 的子能级 外， 都可以吸收 D1σ+光而跃迁到 5P 的有关子能级， MF=+2 的子能级上的原子既不能往高能级跃迁也没 有条件往低能级跃迁，所以这些原子数是不变的； 另一方面，跃迁到高能级的原子通过自发辐射等途 径很快又跃迁回 5S 低能级，发出自然光，跃迁选 择定则是： ， 相应的跃迁见图 1 的右半部分。 ， 退激跃迁中有一部分的状态变成了 5S 能级中的 MF=+2 的状态（而这一部分原子是不会吸收光再跃 迁到 5P 去的，那些回到其它 7 个子能级的原子都 图 1 87Rb 原子对 D1σ+光的吸收和自发辐射跃迁 可以再吸收光重新跃迁到 5P 能级） 。这样经过若干 循环之后， 5S 态中 M F 2 子能级上的粒子数就会越积越多（而其余７个子能级上的原子数越来越少） ， 即大量粒子被“抽运”到基态的 MF=+2 的子能级上，这就是光抽运效应。 各子能级上粒子数的这种不均匀分布叫做“偏极化” ，光抽运的目的就是要造成偏极化，有了偏极化就 可以在子能级之间得到较强的磁共振信号。 3． 光磁共振跃迁 持续的光抽运，样品对 D1σ+光的吸收越来越弱，透过样品的光强度逐渐增加，当 M F 2 子能级上的 粒子数达到饱和，透过样品的光强达到最大值。 在“粒子数反转”后，如果在垂直于静磁场 B 和垂直于光传播方向上加一射频振荡的磁场，并且调整 射频频率 ，使之满足 h g F B B （1） 这时将出现“射频受激辐射” ，在射频场的扰动下，处于 MF=+2 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 MF=+1 的子能级，MF=+2 上的原子数就会减少；同样， MF=+1 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 5 个子 能级很快就都有了原子，于是光吸收过程重又开始，光强测量值又降低；跃迁到 5P 态的原子在退激过程中 可以跃迁到 5S 态的最下面的 3 个子能级上，所以，用不了多久，5S 态的 8 个子能级上全有了原子。由于此 时 MF=+2 子能级上的原子不再能久留，所以，光跃迁不会造成新的“粒子数反转” 。 通过以上的分析得到了如下的结论： 处于静磁场中的铷原子对偏振光 D1σ+的吸收过程能够受到一个射频信号的控制，当没有射频信号时， 铷原子对 D1σ+光的吸收很快趋于零，而当加上一个能量等于相邻子能级的能量差的射频信号（即公式（ 1）
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光磁共振1. 实验目的1.1. 掌握光抽运、磁共振、光检测的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子能 级间的磁共振。
1.2. 测定铷同位素Rb 87和Rb 85的ｇF 因子，测定地磁场。
2. 实验仪器实验仪器包括：光（泵）磁共振实验仪、射频信号发生器、数字频率计、二通道型数字存储示波器、直流数字电压表等。
其中，光（泵）磁共振实验仪由主体单元和辅助源两部分组成。
主体单元是实验的核心部分，基本结构如图6-1所示。
图6-1 光（泵）磁共振实验仪主题单元示意图3. 实验原理3.1. 铷原子的超精细结构及其塞曼分裂铷是一价碱金属原子、天然铷中含有两种同位素： Rb 87和Rb 85。
根据LS 耦合产生精细结构，它们的基态是52S 1/2，最低激发态是52P 1/2和52P 3/2的双重态。
对Rb 87,52P 1/2--52S 1/2跃迁为D 1线(7948Åλ=)，52P 3/2-52S 1/2为D 2线(7200Åλ=)。
铷原子具有核自旋I ，相应的核自旋角动量为PI ，核磁矩为μI 。
在弱磁场中要考虑核自旋角动量的耦合，即PI 和PJ 耦合成总角动量PF ，F 为总量子数：F=I ＋J ．…，|I-J|。
对Rb87，I=3/2，因此Rb87的基态有两个值：F=2和F=1。
对Rb85，I=5/2，因此85Rb 的基态有F ＝3和F ＝2。
由量子数F 标定的能级称为超精细结构能级。
原子总角动量F P 与总磁矩F μ之间的关系2F FF eg P mcμ=- (6-1) 其中()()()()F F 1J J 1I I 1g =g 2F F 1F J+++-++ (6-2)当非磁性物质铷原子处于弱的外磁场B 中时，铷原子获得附加的能量F m F F F B E m g B μ=-⋅=μB (6-3)其中B μ为玻尔磁子，F m 为磁量子数，共有21F +个数值,1,...,F m F F F =--因此，对应于总量子数F 的超精细结构能级分裂成21F +个塞曼子能级。
3.光磁共振实验预习报告
光磁共振实验预习报告【摘要】光磁共振是利用光泵抽运方法来研究气态原子基态及激发态精细和超精细结构塞曼能级间的磁共振。
实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。
本实验在加深对原子超精细结构的理解的基础上，掌握观测光抽运效应的条件和方法，观察和测量共振信号的扫场法，超精细结构的理解，掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法，进而测定铷原子两个同位素Rb 87或Rb 85的超精细结构塞曼子能级的朗德因子g 的测量。
【关键字】光磁共振 精细结构 铷原子 朗德因子 【引言】光磁共振是“激光之父”卡斯特勒提出并实现。
它的基本思想是利用光的抽运效应造成原子基态Zeeman 能级上粒子布居的偏极化，即偏离热平衡时所遵循的Boltzmann 分布。
然后利用磁共振效应对这种偏极化布局进行扰动，使光的抽运速率变化。
通过对抽运速率变化的探测来研究原子塞曼能级超精细结构。
由于气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱，用磁共振的方法难以观察。
1950年卡斯特勒(A.Kastler)提出了光抽运方法（又称光泵），使原子能级的粒子数分布产生重大改变，并利用抽运光对磁共振信号作光检测，从而大大提高了信号强度和检测灵敏度，成功地观测了气体原子塞曼子能级间的磁共振，由此发展起来的光泵磁共振技术，为现代原子物理学的研究提供了新的实验手段，并为激光和量子频标的发展打下了基础，卡斯特勒也因此荣获1966年度的诺贝尔物理奖。
【正文】 一、实验原理1. 铷（Rb ）原子基态及最低激发态的能级铷的价电子处于第五壳层，主量子数n=5。
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（既L —S 耦合）而发生能级分裂，称为精细结构。
电子轨道角动量L P 与其自旋角动量S P 的合成电子的总角动量S L J P P P +=。
原子能级的精细结构用总角动量量子数J 来标记，J=L+S ，L+S-1，…，|L-S |.对于基态， L=O 和S=1/2,因此Rb 基态只有J=1/2。
光磁共振实验报告
光磁共振实验报告光磁共振实验报告引言：光磁共振是一种先进的科学技术，它利用光和磁场之间的相互作用，实现了对物质微观结构的研究。
本实验旨在探索光磁共振的原理和应用，通过实验数据的收集和分析，进一步了解光磁共振在材料科学和生物医学领域的潜在应用。
实验方法：本实验使用了一台先进的光磁共振仪器，结合光学和磁学的原理，对样品进行了测试。
首先，我们选择了一种具有特定光学性质的材料作为样品，然后将样品放置在仪器中心，通过调节仪器的磁场强度和频率，观察样品的光学响应。
在实验过程中，我们记录下了不同磁场强度和频率下的光学响应数据，并进行了分析。
实验结果：通过对实验数据的分析，我们发现样品在特定磁场强度和频率下，会出现明显的光学响应。
在这些条件下，样品的透射光谱会发生明显的变化，出现新的吸收峰或波谷。
这种现象表明样品的光学性质受到了磁场的调控。
进一步的实验结果显示，当磁场强度和频率达到一定值时，样品的光学响应会发生剧烈变化，出现明显的共振现象。
这种光磁共振现象是由于磁场和光场之间的相互作用导致的。
实验讨论：光磁共振的发现和研究对材料科学和生物医学领域具有重要意义。
首先，在材料科学领域，光磁共振可以用来研究材料的微观结构和性质。
通过调节磁场的强度和频率，可以实现对材料的精确控制和调控。
这对于开发新型材料和改良材料性能具有重要意义。
其次，在生物医学领域，光磁共振可以用来研究生物分子的结构和功能。
通过将生物分子与磁性纳米粒子结合，可以实现对生物分子的高灵敏度检测和精确控制，为生物医学研究和临床诊断提供了新的手段。
实验结论：本实验通过光磁共振仪器的使用，成功地观察到了样品的光学响应和光磁共振现象。
实验结果表明，光磁共振是一种重要的科学技术，具有广泛的应用前景。
光磁共振可以用来研究材料的微观结构和性质，为材料科学的发展提供新的思路和方法。
同时，光磁共振还可以用来研究生物分子的结构和功能，为生物医学研究和临床诊断提供新的手段和工具。
光磁共振实验讲义
3．观察光磁共振信号
（1）测量朗德 因子
扫场采用三角波，方向置于与地磁场水平分量相同德方位上，并使水平磁场调到某一个确定值。由磁共振条件得到：
调节射频频率 产生磁共振， 由示波器确定或由频率计给出。从上式中可以看出，如知H便可求出 ，H是使原子塞曼分裂的总磁场（包括水平场，地磁水平分量，扫场直流分量）。实验中，可以这样考虑，先确定 （ 与 对应），再拨动水平开关，使其水平磁场反向与地磁场水平分量和扫场方向相反，改变频率（ ），读出频率 （ 与 对应），取共振频率 ，这样可以排除地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。水平磁场的H数值由水平亥姆霍兹线圈参数及加其上的电压或电流来确定。测量 因子原理图如图6所示，由于Rb85和Rb87的 值不同（Rb85的 ，Rb87的 ），因此每次固定水平场调节射频频率时，会出现两次(7.35.6)所示共振波形，要加以区分，当水平场恒定时，频率高的为Rb87共振信号，频率低的为Rb85共振信号。
光磁共振讲义
一、讲课形式（时间安排）
40分钟理论及相关知识的讲述，15分钟仪器介绍及操作演示。
二、教学要求
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的 因子和测定地磁场。
三、实验原理
1．概念介绍
1)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。
2)如何提高探测灵敏度：采用光探测，探测原子对光量子的吸收而不是采用一般的磁共振的探测方法（直接探测原子对射频量子的吸收），因光量子能量比射频量子能量高几个数量级，因而大大提高探测灵敏度。
3)光磁共振：是将光抽运、磁共振、光探测技术结合起来研究气态原子精细和超精细结构的一种实验技术，加深了人们对原子磁矩、因子、能级寿命、能级精细结构、超精细结构及原子间相互作用的认识。
光磁共振
基态 基态
52 P3/ 2
52 P 2 1/
F=2
F ( F + 1) + J ( J + 1) − I ( I + 1) gF = gI 2 F ( F + 1)
F=1
52 S1/ 2
F=2
F=1
塞曼子能级的形成
原子处于弱磁场中， 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。 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。 磁量子数来表示，M F = F , F − 1,..., − F ，能级间距相同。 相互作用能表示如下： u F 和 B 相互作用能表示如下：
me = 9.11×10 −31 kg
m质子 = 1.673 × 10 −27 kg eℏ µB = = 9.274 ×10 − 24 J / T 2me
；
h = 6.626 × 10 −34 J ⋅ s 普朗克常数： 普朗克常数：
扫场按钮按下，扫场与地磁场水平分量同向； 扫场按钮按下，扫场与地磁场水平分量同向； 水平场按钮弹出，水平场与地磁场水平分量同向； 水平场按钮弹出，水平场与地磁场水平分量同向； 垂直场按钮按下，垂直场与地磁场垂直分量同向； 垂直场按钮按下，垂直场与地磁场垂直分量同向；
二）. 观察光抽运信号
调节垂直场的方向和幅度使得其能抵消地磁场垂直分量； 调节垂直场的方向和幅度使得其能抵消地磁场垂直分量； 加上方波扫场,方向与地磁场水平方向相反， 加上方波扫场,方向与地磁场水平方向相反，在示波器上 观察光抽运信号， 观察光抽运信号，得到如下图所示的扫场和光抽运信号 的对照图： 的对照图： 脉
52 P1/ 2
对光磁共振实验中测量gf值的方法的评述和改进
对光磁共振实验中测量gf值的方法的评述和改进光磁共振(EPR)是一种非常重要的物理技术，可以专门用来研究电子态的本征属性。
其中，对电子本征态的关键参数之一是“g因子”，即gf值，这个参数表示电子态具有多大的磁矩。
因此，测量和准确地确定gf值非常重要，有助于我们更好地理解电子态的本征态。
传统的gf测量方法是基于大型实验装置的，它仅能在实验室范围内完成。
此外，在传统的测量方法中，由于涉及到大型实验装置，操作起来非常复杂，耗时耗力，并且容易受到环境因素的干扰。
此外，因为需要大量实验运行，成本也是一个重大问题。
近年来，随着科学技术的发展，新的测量gf值的方法出现了。
这种新的方法以激光技术和半导体技术为基础，可以节省成本，操作更加方便，并且可以在非实验室环境中完成测量。
新技术的出现也改变了测量gf值的方法，主要是以激光发射技术和半导体技术为基础，采用复杂的软件测量策略，实现定量测量，有助于减小测量过程中的误差，提高测量灵敏度。
另外，利用光学探测技术，可以在更低的温度环境下完成测量，从而减少由高温环境引入的不确定性，同时，利用激光器可以获得更准确的测量结果。
此外，利用高光谱结构可以使测量过程更加精准，这样就可以获得更准确的测量结果。
此外，改进的gf测量方法也改变了实验所需的时间，有助于改善实验的效率。
新的技术还有助于节约环境资源，比如减少碳排放，减少实验过程中所消耗的能源。
总之，新的技术出现，使得测量gf值的方法得以改进，不仅有助于提高精度，提高测量效率，而且有助于节约环境资源，减少能源消耗。
未来，还有很多可以改进的地方，如研究较低温度和更精确的测量系统，以便在更宽的温度范围内准确测量gf值。
综上所述，在光磁共振实验中测量gf值的方法已经有了很大的改进，采用更加复杂的软件技术和光学探测技术，实现了更加准确、高效、环保的测量。
未来，我们有期待地等待着更多的技术和发展，以便更好地理解电子态的本征态。
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102实验二十四 光 磁 共 振光抽运（Optical Pumping ，也称光泵）由克斯特勒（A. Kastler ）等人于本世纪五十年代初提出。
光磁共振是指通过“光抽运一磁共振一光探测”来研究原子细微结构的一种实验方法，它解诀了光谱方法及核磁共振、电子顺磁共振方法不能满意解决的微观粒子内部细微结构和变化的许多问题。
光磁共振光探测技术是原子结构研究的重要手段，在激光、电子频率标准和精测弱磁场等方面也有重要应用。
【实验目的】1．了解光磁共振的基本原理和实验方法。
2．观察铷原于基态塞曼光抽运信号和磁共振信号，测定g 因子值。
3．运用光磁共振方法测量地磁场。
【实验原理】1．铷原子能级的超精细结构及塞曼分裂原子的核磁矩与电子磁矩的相互作用会产生原子能级的超精细结构。
而原子的总磁矩与磁场的相互作用, 使超精细结构进一步分裂（塞曼效应）。
我们知道，在磁场中，原子总磁矩与磁场B 的相互作用能为B m g B E B F F F μμ=⨯-=→→(1)式中F m 一原子总角动量J 在磁场方向的投影，称为磁量子数。
共有2F ＋1个值，F 为原子总量子数：μB 一玻尔磁子，为一物理常数；B 一磁场的磁通密度，F g 一朗德因子，其值在理论上为)1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g JF)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J（S 一电子自旋量了数：L 一电子轨道量子数；I 一原子核自旋量了数；J 一L 与S 的合成量子数，从（1）式可知，相邻两塞曼了能级间的能量差为B g E B F μ=∆ (2)铷（Rb ）属碱金属，天然铷同位素有两种， 85Rb 占72．15％， 87Rb 占27.85％，原子能级基态是2/125S (，对应L ＝0，S ＝1／2,J=1/2)，最低激发态2/125P 与2/325P 是的双重态（对应L=1，S ＝1／2,J=1/2,3/2），基态2/125S 跃迁到最低激发态2/125P 与2/325P 的D 1 线波长是794.8nm ，D 2 线波长是780.0nm ，以87Rb 为例，图1表示它在磁场中的精细结构及塞曼分裂。
1032．圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应 在一定频率的1D （7948οA ）光照射之下可以引起87Rb 原子从基态2/125S 至最低激发态的跃迂。
在磁场中如果用+σ1D 左圆偏振光照射处在磁场中的87Rb 原子时，则只能引起某些特定塞曼能级之间的跃迁。
，根据动量守恒定律，选择定则为1,0±=∆F 和=∆F m +1 LJ F m F21 0--1--2 --1 0 1210 --1--2--10 1这时基态原子向上跃迁时基态中2+=F m 能级上的原子不会被激发,见图2.然后处于激发态的87Rb 粒子将通过自发辐射退回到基态所有塞曼子能级（包括2+=F m 能级）。
因此，当继续用+σ1D 光照射原子时，经过若干次“激发一辐射一激发…，的循环之后，基态中F m ＝＋2能级上的原于数目会显著地多于基态中其它塞曼子能级上的原于数目，即大量的原于会被抽运到基态F m ＝＋2的子能级之上。
这就是光抽运效应。
类似地，也可用1D 光的右偏振光即σ1D 光照射“R b 原子，最后原子都会集居在F ＝2、F m ＝-2的子能级上。
粒子在各能级间的非平衡分布称为粒子偏极化。
因此，光抽运最后结果，在基态中2+=m 能级上的原于数目104会显著多于其它子能级上的原子数目，这就是光抽运效应造成粒于偏极化。
有了这种偏极化，才可以在特定的子能级间实现磁共振。
as2/125PF m ＝＋2 2/125S图 23．塞曼子能级之间的磁共振和光探测如果在垂直外磁场B 的平面内，加上一个频率为υ的射频磁场，则当满足条件 B g E h B F μν=∆= （3）时。
（E ∆为相邻两个塞曼子能级间的能量差），在基态的F m ＝＋2与F m ＝＋1两相邻能级之间将发生磁共振（当然，磁共振也可以在基态的其它相邻塞曼于能级问发生，，但不显著）。
磁共振会使处在2=F m 上的大量粒子跃迁F m ＝＋1．但同时由于光抽运的存在，处于基态其它（除F m ＝＋2以外）塞曼能级上的粒子又会被抽运到F m ＝＋2的子能级上。
这种过程往复进行，达到一个新的动态平衡。
于是，磁共振时，基态中F m ＝＋2子能级上的粒于数总是少于不共振时的粒子数，因此，磁共振时样品泡对σ1D 光的吸收显著增强。
从而，我们可以通过测量透射光强的变化来获得磁共振信号，实现了磁共振的光探测。
巧妙地把一个磁共振时的低频射频光子（约1至10MHz ）转换成为一个高频光频光子（f ≈108MH ，）。
这样信号功率 增强了7～8个数量级，使对磁共振探测的灵敏度提高很多很多。
【实验装置】DH807A 型光磁共振实验仪由主体单元，电源，辅助源，射频信号发生器以及示波器组1051主体单元 ：图4是它的示意图：1铷灯图4① 表示铷灯，射出的光经透镜继而过②偏振片和1/4波片，接着穿过③金属铷样品泡，再穿过透镜直达④光电接收器，从而产生信号输入示波器显示信号波形。
样品泡的周围有⑤水平亥姆兹线圈与⑥垂直亥姆兹线圈，当通电流后分别产生水平磁场//B 与垂直磁场B ，方向及大小由电流所决定。
同时，在水平亥姆兹线圈⑤中还迭绕一水平线圈，用以产生周期变化的扫场磁场S B 用于寻找信号。
在做共振信号时，还需在线圈⑦中输入一射频信号，产生射频磁场。
2辅助源及电源：电源的作用是提供三组直流电源，一路为水平亥姆兹线圈提供电流，产生水平磁场B //：二路为垂直亥姆兹线圈提供电流，产生垂直磁场B ┻，选择合适的方向，用于抵消地磁场的垂直分量，三路提供铷灯，温控以及扫场工作电压，使辅助源产生三角波，方波扫场信号，产生扫场磁场B S 。
辅助源还设有“池温”，“扫场”，“水平”，“垂直”及“三角波，方波”的转换开关，以控制池温的开或关，扫场磁场B S ，水平磁场B //，垂直磁场B ┻的方向，然它们的大小分别由电源上的相应开关控制。
DH807A 型光磁共振实验仪的总体有安装由图5所示。
图5106【实验内容】1．实验前的仪器调整：a 借助指南针，将整个仪器装置按南北向放置，使产生的水平磁场与地磁场的水平分量B d//方向平行。
b 将扫场，水平场，垂直场关闭，通电加热约30分，当铷灯温度到90C 0，铷样品泡温度到40-50 C 0左右，实验装置开始温控，（这时仪器上的录灯亮起）从铷灯后侧的小孔中可以看到玫瑰色的紫光。
c 借助指南针，辅助源的方向开关，分别鉴别扫场，水平场，垂直场单个磁场作用时各磁分量的方向。
2．观察光抽运信号：【操作要点】采用方波作为扫场信号。
选择扫场方向使产生磁场的方向与地磁场的水平分量B d//方向相反。
然后旋转偏振片，调节扫场磁场B S 的幅度以及垂直磁场B ┻的方向与它的幅度,就可以观察到图6光抽运信号的出现。
再仔细调节，可以发现信号的幅度与下列因素有关：1：与池温有关，当池温在55C 0左右时信号幅度最大。
过大或过小幅度均变小。
2：当垂直磁场B ┻完全抵消地磁场的垂直分量时信号幅度最大。
这时的B ┻就是地磁场的垂直分量。
图63：共振信号的观察操作要点：本实验采用调频法，将水平场电流调到一定的强度，用三角波作为扫场信号，选择扫场方向使产生磁场的方向与地磁场的水平分量B d//方向，水平亥姆兹线圈产生磁场B //的方向相同，然后加射频磁场于射频线圈上，调节频率直到示波器出现图7所示的稳定图形。
4：测定g (朗德因子)根据磁共振原理，共振时必须满足： gB h 0μυ= (3) 式中： 0μ 玻尔磁子h -----普朗克常数 B ------水平方向总磁场 υ-----共振频率分析实验条件，可以发现公式3实际上可以写光抽运信扫场信号107成： )(////0d S B B B g h ++=μυ （4） 根据图7所示，共振发生时扫场磁场B S 正好为另，所以公式4又可以更改成： )(////0d B B g h +=μυ （5） 变换方程5成： //0//d B ghB -=υμ （6）分析公式6可知，g ho μ是一个常数，而且 在 水平亥姆兹线圈的几何尺寸等固定的情况下，水平磁场//B 的大小由水平电流的大小而决定,（计算公式请见附录）。
所以//B --υ成线性关系，斜率是g ho μ。
只要多次地改变水平电流，求出对应的//B ，改变射频频率，测量出一系列的共振频率，根据数据就可以作出直线，然后由斜率求出g (朗德因子)。
因为铷有两种同位素，85Rb ， 87Rb 的g (朗德因子)数值不同，理论值85Rb=1/3，87Rb=1/2，因此采用上述方法测试的直线应是两条，斜率不同，但在坐标上的截距必然相同，因为那是地磁场的水平分量。
测出数据，填入数据表，画出如图8所示的坐标图。
求出朗德因子g 以后，分别与85Rb 和87Rb 的理论值 求出相对误差。
5 地磁场测量：用方波扫场，使垂直磁场与地磁场的垂直分 量方向相反，调节垂直磁场的大小，使光抽运 信号的幅度最大，这时的垂直磁场就是地磁场的垂直分量B d ┻。
地磁场的水平分量就是图8的截距，则地磁场：⊥+=d d d B B B 2//2 （6）108【数据处理】【思考题】1．光磁共振实验装置中共有几个磁场对实验产生影响，它们的作用是什么？ 2．分析产生下列畸变光抽运信号的原因，如何进行纠正？3．扫场信号不过磁另线，能否观察到光抽运信号？4．如何判别共振信号是87Rb 还是85Rb 产生的？ 【附录】1．水平磁场//B 与垂直磁场⊥B 的计算： 32310516-⨯⨯⨯=I RNB π 式中：N---亥姆兹线圈每边的匝数R---线圈的有效半径 m I---流过线圈的电流 A B---磁场强度 GS2．仪器亥姆兹线圈的参数。