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。
铷原子的光泵磁共振实验
铷原子的光泵磁共振实验【摘要】通过光抽运技术和磁共振技术相结合，研究了铷原子的光泵磁共振现象。
实验中，通过示波器显示波形，采用扫场法测量磁共振信号，测量了Rb 的朗德因子g F 以及地磁场的强度和磁倾角。
【关键词】超精细结构 塞曼子能级 光抽运 磁共振 朗德因子一、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热平衡分布的实验方法。
气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱，利用磁共振的方法难于观察。
实验中使用的光泵磁共振技术，一方面光抽运改变了磁能级上粒子数的分布，另一方面采用光探测的方法克服了磁共振信号弱的缺点，所以光磁共振技术既保持了磁共振的高分辨率，又将探测灵敏度提高了约七八个量级，能在弱磁场下(0.1-1mT)精确检测气体原子能级的超精细结构。
二、 实验原理2.1铷原子基态和最低激发态的能级铷Rb 是碱金属原子，其最外层有一个价电子，位于5S 能级上。
天然铷中含量大的同位素有两种：87Rb 和85Rb 。
它们的基态都是52S 1/2。
在L —S 耦合下，形成双重态：52P 1/2和52P 3/2，这两个状态的能量不相等，产生精细分裂。
因此，从5P 到5S 的跃迁产生双线，分别称为D 1和D 2线，它们的波长分别是794.76nm 和780.0nm 。
通过L —S 耦合形成了电子的总角动量P J ，考虑原子核也有自旋和磁矩，核自旋量子数用I 表示。
耦合后的总量子数为F 。
角动量相关的原子总磁矩为2F FF eeg P m μ=- （1） )1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g JF （2）其中，F g 是对应于F μ与F P 关系的朗德因子。
在磁场中原子的超精细结构能级产生塞曼分裂，当磁场较弱时为反常塞曼分裂，磁量子数m F =F ，F-1，…，-F ，所以会产生2F+1个能级间距基本相等的塞曼子能级。
如图1所示。
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。
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。
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。
光泵磁共振实验报告
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。
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铷原子的光泵磁共振实验学号 姓名：实验日期： 指导老师：【摘要】 在本实验中我们运用光泵磁共振技术，研究了铷原子的光抽运信号和磁共振信号，最终测量得87Rb 的朗德F g 因子为0.4981，85Rb 的朗德F g 因子为0.3348，以及地磁场的大小为0.4245GS.关键词：光抽运、磁共振、超精细结构、塞曼子能级、朗德F g 因子 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或塞曼子能级间粒子数的非热平衡分布的实验方法。
光泵磁共振技术实际上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，它是1955年法国科学家卡斯特勒（A.Kastler ）发明的。
在光泵磁共振技术中，一方面光抽运改变了磁能级上的粒子数分布，使更多的粒子参与磁共振；另一方面采取光探测的方法而不直接测量射频量子，从而克服了磁共振信号弱的缺点，把探测灵敏度提高了七八个数量级。
如今，光泵磁共振已广泛应用于基础物理研究，比如原子的磁矩、能级结构和g 因子测量。
此外，在原子频标、激光及弱磁场测量等方面，这一方法也是极为有利的实验手段。
本实验研究铷原子的光泵磁共振现象，并测量铷原子的朗德g 因子和地磁场强度。
二、 原理:实验研究的对象是Rb 原子，其最外层有一个价电子，位于5s 能级上，因此其电子轨道角动量量子数L=0,电子自旋轨道角动量量子数s=1/2.其总角动量量子数s L S L S L J --++= ,1,。
所以Rb 原子的基态只有2/1=J ，标记为2/125S 。
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，谱线为双线。
2/12P 5到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D1线，波长是794.8nm ；2/12P 5到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D2线，波长是780.0nm 。
在核自旋I=0时，原子的价电子经L -S 耦合后总角动量和原子的总磁矩的关系为2JJJe eg P m μ=- (1)(1)L(l 1)S (1)12(1)J J J S g J J +-+++=++(2)当I 不为零时，核磁矩与电子自旋及轨道磁矩相互作用，使能级进一步分裂，产生了超精细结构。
则耦合后的总量子数为J I J I F -+=,, ，87Rb 的2/3=I ，它的基态2/1=J ，具有1=F 和2=F 两个状态。
85Rb 的2/5=I ，它的基态2/1=J ，具有3F =和2F = 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 ：F =-g 2FF eeP m μ (3)11121F JF(F )J(J )I(I )g g F(F )+++-+=+(4)在外加磁场作用下，超精细能级进一步分裂，形成塞曼子分裂。
磁量子数F F F M F --=,,1, ，即分裂成2F+1个能量间距基本相等的塞曼子能级。
相邻塞曼子能级间的能量差为：0 F B E g B μ=(5)在热平衡条件下，各能级的粒子数遵守玻尔兹曼分布，而超精细结构的塞曼子分裂能级相差很小，导致各子能级上的粒子数基本上可认为是相等的，因此我们采用光抽运的方法，使粒子数聚集分布在某一能级从而实现偏极化。
Rb 87的2/12S 5态及2/12P 5态的磁量子数F m 最大值都是+2，当入射光是光的+σ1D 时，由于只能产生ΔF m =+1 的跃迁，基态F m ＝+2 子能级的粒子不能跃迁，如图 1示：由图知该圆偏振光能把除F m ＝+2以外的各子能级上的原子激发到2/12P 5的相应子能级上，而向下辐射跃迁的概率相等，这样经过若干循环后F m ＝+2子能级上的粒子数就越来越多，这就是光抽运。
这时其它能级上的粒子数已大大减小，若加一个使电子从F m ＝+2向F m =+1跃迁的频射场，就产生了感应跃迁。
这样，由于产生磁共振，对光的+σ1D 的吸收增大，故可以通过对光的+σ1D 的吸收强度的变化判断是否产生了磁共振，而光的能量远大于射频场的能量，这样就提高了实验的精度，可以使信号功率提高7-8个数量级。
另外，从非热平衡分布状态趋向于热平衡分布状态的过程叫弛豫过程,在实验中为了保持原子分布的偏极化，我们要抑制弛豫过程。
图 1 （a ） 87Rb 基态粒子吸收D1s+光子跃迁到激发态的过程；（b ）87R b 激发态粒子通过自发辐射返回基态各子能级。
三、实验：1.实验装置如图 2示：图 2 光泵磁共振装置2．实验装置作用：光源采用高频无极放电Rb灯，其优点是稳定性好，噪音小，光强大。
由于D2线的存在不利于D1线的光抽运，故用透过率大于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，其焦距常采用f＝5～8cm的凸透镜。
透镜L2将透过样品泡的平行光会聚到光电接受器上。
3.实验方法：a.将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小，按下池温开关。
然后接通电源线，按下电源开关。
约30分钟后，灯温、池温指示灯点亮，实验装置进入工作状态。
b.扫场方式先选择“方波”，适当调大扫场幅度。
设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反,预置垂直场电流为0.０７Ａ,方向与地磁场垂直方向相反然后旋转偏振片的角度，调节扫场幅度及垂直场大小和方向（综合调节），使光抽运信号（如图3）幅度最大。
再仔细调节光路聚焦，使光抽运信号幅度最大。
这样，我们就可以使出射的为圆偏振光，使垂直方向的磁场刚好抵消地磁场。
c.保持垂直场的大小和偏振片的位置不变,扫场方式改为“三角波”，打开频率计，设置射频频率为650KHz ，在0—1A 的电流范围内调节水平方向的电流，然后观察共振信号，特别注意在三角波谷和波峰处的共振信号，然后对水平场和扫场信号与地磁场水平方向的不同组合情况下测量四个共振信号所对应的水平场电流值，根据这些数值就可以算出铷原子的Fg 和地磁场。
(测量数据如表 1所示)表 1 实验测量数据垂直方向电流垂直I =0.064A Rb85Rb87射频（kHz)扫场 水平场 较小值（A) 较大值（A) 较小值（A) 较大值（A)650.001正（)I2正（)I 0.146 0.230 0.048 0.133650.00'1正（)I'2反（)I 0.361 0.445 0.263 0.350650.00“1反（)I”2正（)I0.277 0.361 0.179 0.264图 3 （上）光抽运信号 （下）扫场波形4.注意事项a.通常样品泡的温度应稳定在40~60℃，而铷灯的温度应控制在90℃左右，所以要先预热半小时才可以开始实验。
b.实验中要用黑布盖住主体单元，以免其它杂乱信号的干扰。
c.扫场的时候要注意过零，否则既观察不到光抽运信号，也无法调出圆偏振光，也无法完全抵消垂直方向的地磁场。
四、实验结果分析与讨论本实验用到的参数：（如表2示）表 2 实验中的参数实验具体过程：首先应借助指南针将光具座与地磁场水平分量平行搁置，这样我们算出来的地磁场才是准确的。
接下来将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小，按下池温开关。
然后接通电源线，按下电源开关。
约30分钟后，灯温、池温指示灯点亮，实验装置进入工作状态。
扫场方式先选择“方波”，适当调大扫场幅度。
设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反,这样才可以使得加在铷原子上面的磁场B出现零点，随着加入方波信号周期性的变化，这样就可以反复出现光抽运现象，再通过光电池将光信号转化为电信号将信号输送至示波器，我们就可以观测到光抽运信号。
（就如图3所示）预置垂直场电流为0.07Ａ,方向与地磁场垂直方向相反。
然后我们通过一边旋转偏振片的角度，一边调节扫场幅度及垂直场大小和方向，使光抽运信号幅度最大。
这样，我们就可以使出射的为圆偏振光，使垂直方向的磁场刚好抵消地磁场。
再仔细调节光路聚焦，使光抽运信号幅度达到最大。
保持垂直场的大小和偏振片的位置不变,扫场方式改为“三角波”，打开频率计，设置射频频率为650KHz，在0—1A的电流范围内调节水平方向的电流，然后观察共振信号，特别注意在三角波谷和波峰处的共振信号，然后对水平场和扫场信号与地磁场水平方向的不同组合情况下测量得四个共振信号所对应的水平场电流值。
现象：之前调光抽运信号时，我们已将扫场幅度调到一个最佳状态，所以观察磁共振信号时扫场幅度保持不变，只要调节水平场的电流大小。
对于扫场与水平场正或负的不同组合下，测量电流与观察共振信号时的步骤大致相同。
首先将水平电流调到一个比较大的值使共振信号消失，即在示波器上表现为一条亮线，然后慢慢的调小水平方向的电流，直至在三角波的一个周期上刚好出现一个共振信号，先出现的是85Rb的，此时记录下电流为I2 ，然后再慢慢调小电流直至在三角波的一个周期刚好出现两个共振信号，此时记录下电流为I1。
接着重复述操作步骤，也分别记录下87Rb的两个电流。
分析：由实验过程可知B共振可以通过下面的计算得到：1.当扫场为正，水平场为正时，总磁场、地磁场、水平场关系如图 4所示：图 4 扫场为正，水平场为正的磁场关系图2.当扫场为正，水平场为负时，总磁场、地磁场、水平场关系如5所示：图 5 扫场为正，水平场为负的磁场关系图从上面的关系可以看出12121()4''=+++H H H H H (6)将H 换为B ，则12121B ()4共振''=+++B B B B (7)计算铷原子的Fg 因子：（将两表格的数据代入下面的式子）87Rb ：''31212121232()16B =10445共振π-''++++++=⨯⨯⨯B B B B I I I I N r =0.9323GS∴Fg =共振0.4981B h B νμ= 85Rb ：''31212121232()16B =10 1.3872445共振π-''++++++=⨯⨯⨯=B B B B I I I I N GS r∴共振0.3348FB h gB νμ== 理论上的87Rb 的F g 为1/2，85Rb 的g F 因子为1/3，将实验值和理论值作对比得到实验误差为：8787()1/2()0.38%1/2ω-==F g Rb Rb8585()1/3()0.44%1/3ω-==F g Rb Rb通过计算可以得到实验值与理论值在误差允许范围内能够很好吻合，这就为测量朗德g 因子提供了一种办法。
实验中通过垂直方向的线圈消除了地磁场垂直分量带来的影响。
实验中应注意在主体装置附近要避开其他铁磁性物质、强电磁场及大功率电源线等，避免其对实验结果造成误差。
计算地磁场大小：（将两表格的数据代入下面式子）3垂直垂直3232=100.37595NB I GS rπ-⨯⨯⨯= 分析：地磁场对光抽运信号有很大影响，特别是地磁场垂直分量，因此安装了一对垂直方向的亥姆霍兹线圈以抵消其影响。