近代物理实验_光磁共振实验深圳大学
磁光克尔实验报告
深 圳 大 学 实 验 报 告课程名称： 近代物理实验实验名称： 磁光克尔实验学 院： 物理学院指导教师：报告人： 组号：学号 实验地点实验时间： 2015 年 11 月 3 日提交时间： 2015 年 11 月 10 日一、实验目的(1)了解表面磁光克尔效应的原理和实验方法；(2)掌握表面磁光克尔效应谱的测量和应用。
二、实验原理磁光效应有两种：法拉第效应和克尔效应，1845 年，Michael Faraday 首先发现介质的磁化状态会影响透射光的偏振状态，这就是法拉第效应。
1877 年，John Kerr 发现铁磁体对反射光的偏振状态也会产生影响，这就是克尔效应。
克尔效应在表面磁学中的应用，即为表面磁光克尔效应（surface magneto-optic Kerr effect）。
它是指铁磁性样品（如铁、钴、镍及其合金）的磁化状态对于从其表面反射的光的偏振状态的影响。
当入射光为线偏振光时，样品的磁性会引起反射光偏振面的旋转和椭偏率的变化。
表面磁光克尔效应作为一种探测薄膜磁性的技术始于1985 年。
图1 表面磁光克尔效应原理如图 1 所示，当一束线偏振光入射到样品表面上时，如果样品是各向异性的，那么反射光的偏振方向会发生偏转。
如果此时样品还处于铁磁状态，那么由于铁磁性，还会导致反射光的偏振面相对于入射光的偏振面额外再转过了一个小的角度，这个小角度称为克尔旋转角θk。
同时，一般而言，由于样品对p光和s 光的吸收率是不一样的，即使样品处于非磁状态，反射光的椭偏率也发生变化，而铁磁性会导致椭偏率有一个附加的变化，这个变化称为克尔椭偏率εk由于克尔旋转角θk和克尔椭偏率εk都是磁化。
强度M的函数。
通过探测θk或εk的变化可以推测出磁化强度M的变化。
按照磁场相对于入射面的配置状态不同，磁光克尔效应可以分为三种：极向克尔效应、纵向克尔效应和横向克尔效应。
图2 极向克尔效应1．极向克尔效应：如图2 所示，磁化方向垂至于样品表面并且平行于入射面。
近代物理实验6-3光泵磁共振
目录
• 背景介绍 • 实验原理 • 实验装置 • 实验内容 • 实验操作 • 参考文献
背景介绍
光泵磁共振是光抽运和磁共振结合在 一起的物理过程，该实验利用基态超精细 能级上的原子对抽运光的选择吸收，实现 基态塞曼子能级上粒子数的反转分布，在 粒子数反转条件下实现磁共振，并利用抽 运光对磁共振信号作光检测。
实验原理
实验装置
辅助源提供各线圈的激磁电流和控制池温等。
实Hale Waihona Puke 内容实验操作参考文献
[1] 高立模.近代物理实验.南开大学出版社，2006 [2] 杨福家.原子物理学（第四版）.高等教育出版社， 2008 [3].铷原子的光泵磁共振实验报告. /
近代物理实验总结_2
近代物理实验总结通过这个学期的大学物理实验，我体会颇深。
首先，我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法，学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等；其次，我已经学会了独立作实验的能力，大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练，并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。
下面就我所做的实验我作了一些总结。
一.核磁共振实验核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求？测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?1, 核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?要求磁场大是为了获得较大的核磁能级分裂。
这样，根据波尔茨曼，低能和高能的占据数（population)的“差值增大，信号增强。
均匀度高是为了提高resolution.2. 扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求?扫场线圈可以只放一个。
若放两个，这两个线圈的放置要相互垂直，且均垂直于外加磁场。
3. 测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?不对。
但是太大也不好（会有信号溢出）应该有合适的FID信号二.密立根有实验对油滴进行测量时，油滴有时会变模糊，为什么？如何避免测量过程丢失油滴？若油滴平很调节不好，对实验结果有何影响？为什么每测量一次tg都要对油滴进行一次平衡调节？为什么必须使油滴做匀速运动或静止？试验中如何保证油滴在测量范围内做匀速运动？1、油滴模糊原因有：目镜清洁不够导致局部模糊或者是油滴的平衡没有调节好导致速度过快为防止测量过程中丢失油滴，油滴的速度不要太大，尽可能比较小一些，这样虽然比较费时间，但不会出现油滴模糊或者丢失现象2、根据实验原理可知，如果油滴平衡没有调节好，则数据必然是错误的，结果也是错误的。
因为油滴的带电量计算公式要的是平衡时的数据因为油滴很微小，所以不同的油滴其大小和质量都有一些差异，导致其粘滞力和重力都会变化，因此需要重新调节平衡才可以确保实验是在平衡条件下进行的。
近代物理实验 电子自旋共振
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验
实验名称：电子自旋共振
学院：
专业：班级：
组号：指导教师：
报告人：学号：
实验地点
实验时间：年日星期二
实验报告提交时间：
五、数据处理
每组正向测厚反向高斯计总共测两次
自旋磁矩朗德因子g=
B hf
B =2.08 六、实验总结
1、实验测得电子自旋的朗德因子俄日2.08，偏大可能与仪器工作不算稳定和在观察共振波形上有点误差。
2实验验证了电子自旋共振：电子收到原子外部电荷的作用使得电子轨道发生旋进，角动量量子数L 平均为0 ,样品DPPH 为顺磁物质，其磁矩主要由电子自旋贡献。
使得我们能得以观察电子共振现象。
近代物理实验步骤(第一部分)
《近代物理实验》实验资料（第一部分）2012.3.6写在实验前的话既然你选择了物理，不管是主动选择还是被动选择，你就应该热爱实验，认真做好实验，尊重实验客观现象。
要摆正实验目的，实验不是简单的为了获得数据，要注重实验过程，实验过程多思考，多问为什么。
当你回避或敷衍应付实验时，你在实验方面将一无所获。
如果你通过学习本课，你深刻理解了每个实验的巧妙的实验思想，当你由此叹服科学家们的奇思妙想，并因此为解决某个问题在脑里产生各种实验设想时，即使这些设想是异想天开的，但我还是我祝贺你，祝贺你爱上了实验，你已经学会了在实验中享受快乐。
在我看来，错过一门实验课的学习要比错过一门理论课的学习损失得多。
因为只要你足够聪明，只要你有时间，只要你愿意，你还是有可能把错过的理论课重新学好，而实验课则不然，因为你不可能自己拥有一个实验室。
也许到目前为止，你可能认为实验报告是很容易写的。
在我看来，与其写一百个没有任何思考的实验报告，不如写一、两个精品实验报告收获更多。
应付式的实验报告只会是浪费时间，就犹如你到了大三还在做加减练习一样毫无意义。
我希望你认真写出经过思考有独立见解的实验报告，如果哪天我准许你免交实验报告时，恭喜你学会了写报告。
从以往批改的实验报告来看，只有少数同学知道怎样去处理实验数据，也只有少数同学愿意花时间来认真学习数据处理方法——虽然这是物理学科学生最必备的知识；只有少数同学知道怎样正确使用万用表和示波器等常用仪器。
我希望通过学习本课，能真正提高你的数据处理能力（广义的实验数据包括数字、现象、图形、特征等），希望你在实验过程中注意知识的积累；希望你对于不理解的问题，能主动与老师交流，或查阅有关文献或网络。
对于考研的同学，我支持，但考研不能成为要求我对你放松的理由；对于学生干部，我支持你的工作，但教学计划外的任何事情都不能影响到教学计划内的教学。
可能你只是考虑到自己的利益，而我要考虑的是对所有同学的公平。
温馨提示：1、请保持资料整洁，不要拿走本资料（本资料的电子版班已发到班长信箱了）；2、实验结束后请认真填写实验仪器使用登记表；3、请不要动用与实验无关的仪器设备，不要随意搬动实验仪器、不要随意取用实验室纸张；4、光学类的实验往往需要在全暗或半暗的环境中进行，请不要打开门窗帘；5、请不要带食物到实验室来吃，以免因食物残留气味招来老鼠，严禁在实验室抽烟。
(完整word版)核磁共振实验报告--近代物理实验
核磁共振实验报告姓名:牟蓉学号：201011141054日期：2013。
4。
11 指导老师：王海燕摘要本实验利用连续核磁共振谱仪测量了不同浓度的CuSO4水溶液的共振信号，并估算样品的横向弛豫时间;同时利用核磁共振仪采用90︒-180︒双脉冲自旋回波法测量其横向弛豫时间。
两种方法都能观察到核磁共振现象，并且随着CuSO浓度增加,其横向弛豫时间逐渐减小。
4关键词核磁共振连续核磁共振波谱仪脉冲波谱仪自旋回波法横向弛豫时间一、引言核磁共振技术（NMR）是由布洛赫（Felix Bloch）和玻赛尔(Edward Purcell）于1945年分别独立的发明的，大大提高了核磁矩测量的精度，从发现核磁共振现象而产生的连续波核磁共振技术，到70年代初提出的脉冲傅里叶变换（PFT)技术和后来的核磁共振成像,在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学家。
NBR不仅是一种直接而准确的测量原子核磁矩的方法，而且已成为研究物质微观结构的工具,如研究有机大分子结构,精确测量磁场及固体物质的结构相变，另外还成为了检查人体病变方面的有力武器，在生物学、医学、遗传学等领域都有重要应用。
本实验以水中的氢核为主要对象，通过用了两种方法测量不同浓度的溶液的横向弛豫时间，来掌握核磁共振技术的基本原理和观测方法。
二、实验原理1.核磁共振的量子力学描述当原子核置于外磁场中，由于核磁矩与外磁场的相互作用使得原子核获得附加能量，即（1）其中为核磁矩，为旋磁比，。
在磁能级分裂后,相邻两个磁能级间的能量差=。
遵守磁能级之间跃迁的量子力学选择定则，若在垂直于的平面内加上一个射频磁场，当f=时，处于较低能态的核会吸收电磁辐射的能量而跃迁到较高能态，即核磁共振.2. 核磁共振的宏观理论在外磁场中核磁矩的取向量子化基础上，布洛赫利用法拉第电磁感应理论,建立了著名的布洛赫方程，用经典力学的观点系统地描述了核磁共振现象。
有角动量P 和磁矩μ的粒子在外磁场B 中受到力矩L B μ=⨯的作用，其运动方程为 dPL B dtμ==⨯ （2） 将(2)式代入上式,得d B dtμγμ=⨯ (3) 当磁矩在外加静磁场0B （沿z 轴方向)中,若令00B ωγ=，对式（3）进行求解得（4）其中为μ与间的夹角，可知微观磁矩μ绕静磁场进动，进动平面上的投影μ⊥角频率即拉摩尔频率00B ωγ=，μ在x —y 所示。
近 代 物 理 实 验
近代物理实验实验报告班级学号姓名上课时间联系电话实验I 光磁共振一、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。
二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）什么是光抽运效应？产生光抽运信号的实验条件是什么？怎样用光抽运信号检测来检测磁共振现象？2）如何确定水平磁场、扫场直流分量方向与地磁场水平分量方向的关系及垂直磁场与地磁场垂直分量的关系？3）扫场不过零，能否观察到光抽运信号？为什么？4）利用光抽运探测磁共振比直接探测磁能级之间的磁共振跃迁的信号灵敏度可提高多少倍？2. 创意实验J 铁磁共振一、实验目的1．了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象；2．测量微波铁氧体的铁磁共振线宽；3．测量微波铁氧体的g因数二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）本实验是怎样测量磁损耗的？实验中磁损耗又是通过什么来体现的？2）为什么在传输式谐振腔中有磁性样品时，腔的谐振频率会随外加稳恒磁场的改变而发生变化，并且在空腔的谐振频率上下波动，即产生所谓频散效应？3）如何精确消除频散效应？实验中是如何处理频散效应的？2. 创意实验K 核磁共振一、实验目的1.掌握ＮＭＲ的基本原理及观测方法；2.用磁场扫描法（扫场法）观察核磁共振现象；3.由共振条件测定氟核（１９Ｆ）的g因子。
二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1．思考题解答1）简述核磁共振的原理并回答什么是扫场法和扫频法？2）NMR实验中共用了几种磁场？各起什么作用？3）试想象如何调节出共振信号。
4)不加扫场电压能否观察到共振信号？2. 创意实验L 电子顺磁共振一、实验目的1．了解电子顺磁共振的原理；2．掌握FD-TX-ESR-II型电子顺磁共振谱仪的调节和使用方法；3．利用电子顺磁共振谱仪测量 DPPH的g因子。
光磁共振实验中数据处理
等 方 面的理论 知识 ，还 涉及到 示波器 、偏振 片 、１ ／
产生 水平 方 向磁 场 。的 亥姆 霍 兹 线 圈 的轴 线 应 与地磁 场水 平分 量方 向一致 。产 生垂直 方 向磁 场
光磁 共振 是利 用 光抽 运 （ ｐｉ ｌ ｕ ｐｎ ） 效 Ｏ ｔ ａ Ｐ ｍ ｉｇ ｃ
透 镜 Ｌ 将 透 过 样 品 泡 的 平 行 光 会 聚 到 光 电 接 收
器上。
应研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。研 究 的对 象是碱 金属 原子铷 （ ｂ ，实 验利 用光 磁 共 Ｒ）
Ａ ｓｒｃ： ｅ ｅｓｒ ｇＬｎ ６ｇ ａｔ ｆｕｉｉｍ （ ｂ ｔ ｂ ｔ ｔ Ｗｈｎｍ ａｕｉ ａ ｄ ＿ｆｃ ｒ ｂｄｕ Ｒ ）ａ ｍ，ｍ ｎ ｓｎ ｎｅ ｒ ｕｎｉ ｒ ｏｔ ｎｄ．ｈ ａ ｎ ｏ ｏｒ ｏ ａ ｙ ｅｏａ ｃ ｅ ｅｃｅ ａ ｂａ ｅ Ｔ ｅ ｒ ｆｑ ｓ ｅ ｉ
ｒ ｓ ｌ ｒ ｆ ｃｅ ｙ ｔｅ ｍａ ｎ ｔ ｅｄ ｏ ａｔ ｎ ｃ ｎ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｅ ｓｏ ｔ ｏ ｆ ａ ａ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｕｔ ａ ｅ ｅｆ ｔｄ ｂ ｈ ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｆｅ ｒｈ ａ ｄ ｓ ａ ｕ ｒ ｎ ．Ａ ｒ ａ ｏ ａ ｌｎ ｓ ｆｍｅｈ ｄ ｏ ｔ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｉ ｓ ｅ ｃｉ ｄ ｓ ｄ ｓ ｒ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒ ｓ ｌ ｉ ａ ｈｅ ｅ ． ｅ ｃｉ ｄ ａ ｄ ａ ｇ ｏ ｅ ｕ ｔ ｓ ｃ ｉｖ ｄ ｂ Ｋｅ ｒ ｓ ｐｉ ａ ｐ ｍｐ ｎ ；ｏ ｔ ａ ｇ ｅｉ ｅ ｏ ａ ｃ ；Ｌ ｎ ６ ｇ ｆ ｃｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｏ ｔ ｌ ｕ ｉ ｇ ｐ ｉ ｌｍａ ｎ ｔ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｃ ｃ ｃ ａ ｄ ＿ ａｔｒ
近代物理实验报告2
2016/10/10 10:24:00近代物理实验报告2实验名称：光磁共振指导教师：刘洋专业：物理班级：求是物理班1401姓名：朱劲翔学号：3140105747实验日期：2016.11.23实验目的：1．加深对超精细结构原子核自旋，原子核磁矩，光跃迁，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(Rb )原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子F g 和地磁场强度E B 。
实验原理：1 铷原子基态及最低激发态能级的塞曼分裂天然铷含量大的同位素有两种：Rb 85占72.15%,Rb 87占27.85%。
铷是一价碱金属原子（原子序数为37），基态是2125S ，即电子的轨道量子数0=L ，自旋量子数21=S 。
轨道角动量与自旋角动量耦合成总的角动量J 。
由于是LS 耦合，S L J +=，···,S L J -=。
铷的基态21=J 。
铷原子的最低光激发态是125P 及2325P 双重态，它们是LS 耦合产生的双重结构，轨道量子数L=1，自旋量子数 S=1/2。
2125P 态J=1/2；325P 态J=3/2。
在5P 与5S 能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条线，为双线，在铷灯的光谱中强度特别强，2125P 到2125S 跃迁产生的谱线为1D 线，波长为nm 8.794，325P 到2125S 的跃迁产生的谱线为2D 线，波长是nm 0.780。
原子物理学中已给出核自旋I=0时，原子的价电子LS 耦合后总角动量J P与原子总磁矩J μ的关系：Je J J P m e g2-=μ (4-1))1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J(4-2)其中式中J g 为铷原子精细结构朗德因子。
当I ≠0时，Rb 87的I=3/2，Rb 85的I=5/2。
设核自旋角动量为I P ，核磁矩为I μ，I P 与J P 耦合成F P，有J I F P P P +=。
近代物理实验 (II)
纳米科技中的探针成像技术及应用
超高真空扫描隧道显微镜的学习和掺硼硅表面的研究
约瑟夫森效应实验的建设和研究
薄膜场效应管和氧化物薄膜制备
有机电致发光器件的制备和物性研究
非极性GaN 的物性和离子束改性研究
稀土离子掺杂ZnO: 晶格位置,光学磁学性质研究
教师讲授、学生在教师的指导下自主实验、师生交流讨论和报告考察
近代物理实验课程内容包含原子与分子物理、核探测技术及应用、激光与近代光学、真空技术与薄膜制备，X射线电子衍射和结构分析、磁共振、微波、低温与超导、半导体物理、非线性物理等领域的几十个独立实验项目和研究型前沿物理大实验课题。近代物理实验I主要在春季学期开课。学生在一学期内完成安排好的7个不同领域的独立实验项目。近代物理实验II主要在秋季学期开课。学生可以根据专业和兴趣选做近代物理实验I中没做过的凝聚态物理实验模块、激光实验模块、核与粒子物理实验模块或其它领域的7个独立实验。
开课院系
物理学院
通选课领域
是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
近代物理实验（第四版）,吴思诚 荀坤 主编,高等教育出版社,2015,4,978-7-04-041830-9；
Experiments in Modern Physics, 2nd Edition,Adrian C. Melissinos, Jim Napolitano,Academic Press,2003,近代物理实验技术（I、II）,吕斯骅,高等教育出版社,1992,Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quantum Physics,Wolfgang Demtroder,Springer,2013,
近代物理实验 光泵磁共振 (6-3)
4.实验预习中的一些问题
• 1.本实验中我们引入了扫场线圈和扫场的概念， 对于不同的小实验中，扫场输出的波形是有规定 的，这种规定能否改变，有何影响？ • 2.在前面的光速测量实验中，我们看到示波器对 于多路信号的测量的准确性不如数字仪器（数字 位相计），这个实验中，我们又多次使用示波器 观察，有没有数字仪器代替品代替示波器来完成 这个实验，从而提高精度？ • 3.在地磁场的测量中，我们自拟了一个实验方案， 在实验室条件下，利用这套仪器有没有更佳的方 案？
（二）弛豫过程
热平衡状态下,基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布(N = N0e−E/kT)。由于各子能级的能级差很小,近似认为各能级上的粒 子数相等。光抽运造成粒子数差变大,使系统处在粒子数反转分布 状态。系统由非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。本实验与弛豫有关的几个主要过程: 1、铷原子与容器碰撞导致子能级之间的跃迁,使原子恢复到热 平衡分布, 失去光抽运造成的偏极化。 2、铷原子之间的碰撞导致自旋-自旋交换弛豫。当外磁场为0时 塞曼子能级简并,这种弛豫使原子回到热平衡分布,失去偏极化。 3、铷原子与缓冲气体间碰撞。由于缓冲气体分子磁矩很小，碰 撞对铷原子磁能态扰动极小,这种碰撞对原子的偏极化基本无影响。 铷原子与器壁碰撞是失去偏极化的主要原因。缓冲气体分子 不可能将子能级之间的跃迁全部抑制,因此不可能把粒子全部抽运 到mF =+2的子能级上。处于5 2P1/2 态的原子需与缓冲气体分子碰撞 多次才有可能发生能级转移。缓冲气体分子还有将粒子更快地抽 运的mF=+2子能级的作用。
水平|)
A
于是有： hν1+hν2=2gFμBB水平,这 样就消除了地磁场的干扰，从而求出gF 的值。 由于85Rb和87Rb都会发生共振，其中 87Rb的共振频率高，所以87Rb的取值应选 共振频率较大的一组。
近代物理实验报告
近代物理实验报告近代物理实验报告一、引言近代物理实验是物理学研究的重要手段之一，通过实验可以验证理论，揭示自然界的规律。
本次实验旨在探究几个与近代物理相关的实验，包括光电效应、康普顿散射和量子力学的基础实验。
二、光电效应实验光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
为了验证光电效应的基本规律，我们设计了以下实验步骤：1. 准备材料：光电效应实验装置、金属样品、光源、电流计等。
2. 实验步骤：a. 将金属样品安装在实验装置上，并连接好电路。
b. 调节光源的强度和波长，使其分别达到不同的数值。
c. 测量不同波长下金属样品发射的电流强度。
3. 实验结果与分析：根据实验结果，我们发现金属样品发射的电流强度与光源波长呈反比关系。
这符合光电效应的基本规律，即光的能量与波长成反比。
三、康普顿散射实验康普顿散射是指入射光子与物质中自由电子发生碰撞后，光子的能量和方向发生改变的现象。
为了验证康普顿散射的基本规律，我们进行了以下实验：1. 准备材料：康普顿散射实验装置、散射体、探测器等。
2. 实验步骤：a. 将散射体和探测器安装在实验装置上，并连接好电路。
b. 调节入射光子的能量和散射体的角度，记录下散射后的光子能量和方向。
c. 重复实验多次，得到一系列数据。
3. 实验结果与分析：根据实验结果，我们发现入射光子的能量和散射后的光子能量呈正比关系，而散射角度与散射后的光子方向呈正相关关系。
这符合康普顿散射的基本规律，即光子与自由电子碰撞后，能量和动量守恒。
四、量子力学基础实验量子力学是描述微观粒子行为的理论，为了验证量子力学的基本原理，我们进行了以下实验：1. 准备材料：双缝干涉实验装置、光源、屏幕等。
2. 实验步骤：a. 将双缝干涉实验装置搭建起来，并调节好光源的强度和波长。
b. 观察在屏幕上形成的干涉条纹，并记录下实验数据。
c. 改变光源的强度和波长，再次观察并记录数据。
3. 实验结果与分析：根据实验结果，我们发现在屏幕上形成的干涉条纹符合波粒二象性的原理。
近代物理实验之光磁共振
实验原理——塞曼能级间磁共振(射频诱导跃迁--光磁共振 )
在垂直于产生塞曼分裂的磁场方向上加一频率为 的射频磁场，当满足
则塞曼子能级之间将产生磁共振，使得被抽运到MF＝+2能 级的粒子产生感应诱导跃迁，从MF＝+2依次跳到MF=＋1，0， -1，-2等子能级，结果使粒子趋于原来的均衡分布而破坏了 偏极化。同时由于抽运光的存在，光抽运过程也随之出现。 这样，射频诱导跃迁与光抽运这两个相反的过程将达到一个 新的动态平衡。
2 .掌握光磁共振的实验技g术；
3 .测定铷原子的郎德因子和地磁场
实验原理
——铷原子的能级分裂（精细结构、超精细结构、塞曼子能级的形成） ——圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应 ——弛豫过程 ——塞曼能级间磁共振(射频诱导跃迁--光磁共振 ) ——光探测
实验原理 ——铷原子的能级分裂（精细结构、超精细结构，
5 2r
5 2r
Fig.6
地磁场水平分量测量原
实验注意事项
• 尽量将整个装置置于罩子中，避免外界光的影响； • 注意尽量将装置的光轴尽量调节得与地磁场水平方向一致； • 尽量避免外界磁场对光磁抽运和共振信号的影响； • 用指南针判定好水平场、扫场的方向后，取下指南针。
实验思考题
• 1）如何确定水平磁场、扫场直流分量方向与地磁场水平分量方向的关 系及垂直磁场与地磁场垂直分量的关系？
h
' 3
g
'
FB
(
BDC
BS
Be // )
(6)
B
扫场
B
O
t
B1
O
t
B2
共振信 号
核磁共振 近代物理实验
【实验装置】
。
总磁场为B=B0+ B~
B~ Bm sinmt 为扫场
图7-1-1 核磁共振实验装置
【核磁共振信号】
图7-1-2（a）核磁共振信号
图7-1-2（b）等间隔核磁共振信号
图7-1-3 瞬时共振吸收信号
【实验内容】
1．方案一（约需4课时） （1）分析磁场不均匀性对核磁共振信号的影响。
肝癌病燥的核磁共振图像
【实验目的】
1、掌握核磁共振的基本原理和实验方法。 2、分析各种因素对核磁共振现象的影响。 3、观察几种物质的核磁共振现象，学习测量核磁共振的方法。
【实验原理】
原子核具有自旋磁矩，核磁矩与外磁场B0的相互作用能为
E
I
B0
I
z B0mB0m I, I 1, ,I 1,I
原来的一个能级分裂为2I+1个次能级（塞曼分裂），相邻次能级 间的能量差为
E 0 B0 g N B0
在稳恒的外磁场B0作用下，如果存在一个与B0和总的核磁矩组成 的平面相垂直的旋转磁场B1，当B1的角频率等于ω0时，原子核 将吸收此旋转磁场的能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振 。
近代物理实验
核磁共振
（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）
周丽霞
布洛赫（Felix Bloch）1905-1983 瑞士裔美国人斯坦福大学理论和实验物理学家 因发现水的核磁共振现象获1952年诺贝尔物理学奖
珀塞尔（Edward Purcell）1912-1997 美国麻省理工学院实验物理学家 因发现石蜡的核磁共振现象获1952年诺贝尔物理学奖
（2）测定CuSO4水溶液和纯水的核磁共振横向弛豫时间T2 ，分析顺磁离子的弛豫效应。
微波的基本测量近代物理实验
微波的基本测量近代物理实验深圳⼤学实验报告课程名称：近代物理实验（⼀）实验名称：微波的基本测量学院：组号指导教师：报告⼈：学号：班级：实验地点实验时间：实验报告提交时间：⼀、实验⽬的a)要求学全使⽤基本微波器件,了解微波振荡源的基本⼯作特性和微波的传输特性。
b)掌握频率、功率以及驻波⽐等基本量的测量,培养实验报告规范与处理能⼒。
c)作图作表与数据处理能⼒,基本实验的测试能⼒。
⼆、实验原理1.微波的传输特性．在微波波段，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，⼀般采⽤波导作为微波传输线．微波在波导种传输具有横电波(TE波)，．横磁波(TM波)和横电波与横磁波的混合波三种形式．矩形波导是较常⽤的传输线之⼀,它能传输各种波型的横电波(TE波)，横磁波(TM波)．微波实验中使⽤的标准矩形波导管，通常采⽤的传输波型是TE-1o 波．波寻中存在⼊射波和反射波，描述波寻管中匹配和反射程度的物理量是驻波⽐或反射系数．依据终端负载的不同．波导管具有三种⼯作状态：(1)当终端接“匹配负载”时．反射波不存在，波导中呈⾏波状态；(2)，当终端接”短路⽚”．开路或接纯电抗性负载时,终端全反射，波导中呈纯驻波状态;(3)⼀般情况下，终端是部分反射,波导中传输的既不是⾏波，也下是纯驻波，⽽是呈⾏驻波状态．2．微波频率的测量．微波的频率是表征微波倌号的⼀个重要物理量．频率的测量通常采⽤数字式频率计或吸收式频率计进⾏测量．下⾯主要介绍较常⽤的吸收式频率计计的⼯作原理．当调节频率计，使其⽬⾝空腔的固有频率与微波信号频率相同时，则产⽣谐振，此时通过连接在微波通路上的微安表或功率计可观察到信号幅度明显减⼩的现象．注意，应以减幅最⼤的位置作为判断画频率测量值的依据．3．微波功率的测量．微波功率是表征微波信号强弱的⼀个物理量．通常采⽤替代或⽐较的万法进⾏测量．也就是将微波功率借助于能量转换器转换成易于测量的低频或直流物理量．来实现微波功率的测量．实验室中通常采⽤吸收式微⽡功率计(如GX2A)．在功率计探头表⾯。
近代物理演示实验报告
近代物理演示实验报告近代物理实验报告实验名称：电子自旋共振姓名：同组者：指导老师：得分：院系：班级：日期：评语：二、实验原理实验数据记录表四、测试结果的计算1、磁场计算公式B0=Ko*((uo*No*(R^2)*Io)/(((R^2)+(X^2))^0.5))式中：uo--真空中磁导率，uo=4*PI*10E(-7) (亨/米) R--亥姆霍兹线圈半径(米) No--稳恒磁场线圈匝数 Ns--扫场线圈匝数Io--通过稳恒场线圈的电流(A) Is--通过扫场线圈的电流峰峰值X--两线圈间距离的一半。
对于亥姆霍兹线圈，X=R/2 Ko--磁场线圈系数2、g因子计算公式根据共振时的Io 算出磁场后，将所测得的频率及其它常量代入共振表达式hv=gJ*uB*B式中：uB--玻耳磁子，uB=0.9273*10E(-23) (J/T) h--普朗克常数，h=6.626*10E(-34) (J/S)结果计算记录表地磁场的计算方法为：地磁场=（B+ - B-）/ 23、误差计算中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：材物二班姓名：焦方宇同组者：杜圣教师：周丽霞光泵磁共振【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】1．Rb原子基态及最低激发态的能级在第一激发能级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，谱线为双线。
52P1/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm；52P1/2 到52S1/2的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm。
在核自旋 I = 0 时，原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ与原子总磁矩μJ的关系μJ=-gJe2 （1）gJ?1?J(J?1)?L(L?1)?S(S?1)2J(J?1) （2）I≠0时，对87Rb， I = 3/2；对85Rb， I = 5/2。
表面磁光克尔效应 2
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：表面磁光克尔效应学院：物理科学与技术学院组号指导教师：报告人：学号：实验地点：实验时间：实验报告提交时间：五、数据处理5.1、纵向克尔效应：图1、纵向实验图纵向克尔效应是指磁化方向在样品膜面内，并且平行于入射面。
因此信号的强度会随光的入射角的减小而减少。
当信号垂直入射时强度为零。
当样品被纵向磁化时，当外部磁场增强，原本不带磁的样品上的磁场强度也随着增强，则接受的信号会越强。
而当外部磁场消失，样品上的磁场也不会消失，而接受的信号强度会一直保持在最大值。
直到外部加上一个反向磁场时，样品上带的磁场才会消失，而此时的信号会减少到初始状态。
由实验中得出，当磁性样品的磁性增大时，会出现克尔旋转角，从而使激光再次打入探测仪。
因而出现了能量的变化。
图1为测得的信号，虽变化不明显，但是基本上与理论相符。
5.2、极向克尔效应：图2极向实验图图3、极向克尔效应理想图极向克尔效应是指磁化方向垂至于样品表面并且平行于入射面。
极向克尔信号的变化与纵向相反，其强度随光的入射角的减小而增大，若信号垂直入射则其强度最大。
样品上的磁场大小随外加磁场的变化而变化。
当外加磁场增大时，样品被磁化并其磁场强度增大。
而外加磁场消失样品上的磁场也消失了。
图3为极向克尔效应的理想图，而图2为实验图。
从图2发现接受的信号强度随着外加磁场的增大而减小，与理论相反。
极向克尔信号极弱，在调整电路时除了问题，没有找准消光点，而是光强最大点，导致在实验中当磁性样品的磁性增大时，会出现克尔旋转角，信号强度反而减小。
六、实验结论本次实验的操作较为困难，主要是调节仪器光路，不仅需严格的按照光路调节的步骤进行，并且还要非常的仔细，否则会造成信号的衰减。
老师教我们一个小的技巧，就是拿一张白纸来判断激光是否对准各个仪器的中心。
一开始我们在调节仪器光路时很粗心，各个仪器之间没有保持平行，而激光没有对准仪器中心，虽然光线有透过仪器，但那个光线是由仪器内部反射出来的，结果接受的信号及其不精确。
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深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验
实验名称：光磁共振实验报告
学院：物理科学与技术学院
组号 09 指导教师：陈静秋
报告人：学号：班级： 01
实验地点科技楼B105 实验时
间：
实验报告提交时间：
mF=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级．
设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为E＝－μF·B0＝gF mF μF B0 （9.4.1）
这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子
gF= gF [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（9.4.2）
其中gJ= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（9.4.3）
上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（9.4.1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差
ΔE＝gF μB B0 ，（9.4.4）
式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．
2．光抽运效应．在热平衡状态下，各能级的粒子数遵从玻耳兹曼分布，其分布规律由式(9．0.12)表示．由于超精细塞曼子能级间的能量差ΔE很小，可近似地认为这些子能级上的粒子数是相等的．这就很不利于观测这些子能级之间的磁共振现象．为此，卡斯特勒提出光抽运方法，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．
由于光波中磁场对电子的作用远小于电场对电子的作用，故光对原子的激发，可看作是光波的电场分布起作用．设偏振光的传播方向跟产生塞曼分裂的磁场B0的方向相
同，则左旋圆偏振的σ﹢光的电场E绕光传播方向作右手螺旋转动，其角动量为?；右旋圆偏振的σ－光的电场E绕光传播方向作左手螺旋转动，其角动量为－?；线偏振的π光可看作两个旋转方向相反的圆偏振光的叠加，其角动量为零．
现在以铷灯作光源．由图9.4.1可见，铷原子由5 2P1?2→5 2S1?2的跃迁产生D1线，波长为0．7948μm；由5 2P3?2→5 2S1?2的跃迁产生D2线，波长为o．
7800μm．这两条谱线在铷灯光谱中特别强，用它们去激发铷原子时，铷原子将会吸收它们的能量而引起相反方向的跃迁过程．然而，频率一定而角动量不同的光所引起的塞曼子能级的跃迁是不同的，由理论推导可得跃迁的选择定则为
ΔL＝±1 ，Δ F＝0，±1，ΔmF＝±1 。
（9.4.5）
所以，当入射光为D1σ﹢光，作用87Rb时，由于87Rb的5 2S1?2态和5 2P1?2态的磁量子数mF的最大值均为±2，而σ﹢光角动量为?只能引起ΔmF＝＋1的跃迁，故D1σ﹢光只能把基态中除mF＝＋2以外各子能级上的原子激发到5 2P1?2的相应子能级上，如图9．4．2(a)所示．
图9．4．2(b)表示跃迁到5 2P1?2上的原子经过大约10－8s后，通过自发辐射以及无辐射跃迁两种过程，以相等概率回到基态5 2S1?2各个子能级上．这样，经过多次循环之后，基态mF＝＋2子能级上的粒子数就会大大增加，即基态其他能级上大量的粒子被“抽运”到基态mF＝＋2子能级上．这就是光抽运效应．
同理，如果用D1σ－光照射，则大量粒子将被“抽运”到mF＝－2子能级上．但
较低的射频量子(1～10MHz)转换成一个频率很高的光频量子（约108MHz）的变化，使观察信号的功率提高了7～8个数量级．这样，气体样品的微弱磁共振信号的观测，便可用很简便的光检测方法来实现
三、实验仪器
实验装置的方框图如图9．4．4所示，由光泵磁振实验装置的主体单元及其辅助设备（包括辅助源，
射频信号发生器，频率计和示波器等）
1．主体单元．光路系统中的光源为高频无极放电铷灯，具有噪音小、光强大和稳定性好等特点．滤波片采用干涉滤光片，透过率大于50﹪，带宽小于0．015μm．能很好地虑去D2光（D2 光不利于D1σ＋的光抽运）．透镜L1将光源发射的光变为平行光束，其焦距约为5～8cm．偏扳振片使平行光束转为平面偏振光．再经1 ?4波片得到圆偏振光，从而可获得D1σ＋作用于样品．接着，透镜L2把透过样品泡的光束会聚到光电器件上，变为电信号放大后再送到示波器显示．
主体单元设置了几组线圈，为实验提供所需要的各种磁场作用于样品．产生水平恒定磁场和扫场的两组亥姆霍兹线圈，绕在同一组线圈架上，其轴线应与地磁场水平分量的方向一致(即三角导轨应取南北向)．恒定磁场B0值由0～2×10－4T连续可调．扫
图. 光抽运信号
三、观测光磁共振谱线
3．1 测量g因子
扫场方式选择“三角波”，将水平场电流预置为0.2A左右，并使水平磁场方向与地
磁场水平分量和扫场方向相同(由指南针来判断)。
垂直场的大小和偏振镜的角度保持
上面的状态。
调节射频信号发生器频率，可观察到共振信号，对应图8.a波形，可读
出频率
及对应的水平场电流I。
再按动水平场方向开关，使水平场方向与地磁场水平分量和扫场方向相反。
仍用上述方法(如图8.b所示)，可得到。
这样,水平磁场所对应的频率为
，即排除了地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。
水平磁场的数值可从水平场、电流及水平亥姆霍兹线圈的参数来确定(亥姆霍兹线圈轴线中心处磁场的公式见附录)。
由公式：
(1)
(2)
可计算出
因子。
式中：
—玻尔磁子；
—普朗克常数；
—水平直流磁场；
—共振频率。
5、数据处理
亥姆霍兹线圈参数：
水平场线圈扫场线圈垂直场线圈线圈匝数250 250 100
有效半径0.2676m 0.2420m 0.1530m 水平电场为0.2A 水平场线圈r=0.2676m 水平场线圈N=250 频率KHz 幅度波峰波谷
正向（按下）516KHz
776KHz
369KHz
550KHz
反向（弹起）328KHz
491KHz
478.6KHz
717KHz
表中最大共振幅度的频率分别是516KHz ，328KHz ，369KHz，478.6KHz 为85Rb的共振信号。
频率776KHz ，491KHz ，550KHz ，717KHz 为87Rb的共振信号。
共振信号对准波谷时，求85Rb
的朗德因子g及其相对误差：
铷原子的
为
；B=B水平+B水平扫场+B水平地磁场
其中h为普朗克常数，
为玻尔磁子，ν为射频频率。
v=（369KHz+478.6KHz）/2=432.8KHz，可以得到
85Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为
共振信号对准波峰时，求85Rb
的朗德因子g及其相对误差：
v=（516KHz+328KHz）/2=422KHz，可以得到
85Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为
共振信号对准波峰时，求87Rb
的朗德因子g及其相对误差：
v=（776KHz+491KHz）/2=633.5KHz，可以得到
87Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为
共振信号对准波谷时，求87Rb
的朗德因子g及其相对误差：
v=（550KHz+717KHz）/2=633.5KHz，可以得到
87Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为
六、实验结果
87Rb
的朗德因子g及其相对误差：
v=（776+491+550+717） /4=633.5KHz，可以得到
87Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为5.4%
85Rb
的朗德因子g及其相对误差：
v=（516KHz+328KHz+369KHz+478.6KHz）/4=422.9KHz，可以得到85Rb
的
=
理论值gF理论 =
相对误差为5%
七、实验总结.
通过这次实验，我了解并且熟悉了光磁共振的原理以及如何通过使用仪器来完成实验；并且学习了光抽运现象的原理以及如何去测量朗德因子。
本次实验操作并不复杂，还算简单，因此实验过程较为顺利。
实验最终所得相对误差为5%，在误差范围内，较精确。
八、思考题
1．为什么要滤去D2光？用π光为什么不能实现光抽运?用D1σ－光照射85Rb 将如何？
答：滤去D2光的原因是它不利于D1光的搬运，跃迁到52P1/2上的原子通过自发辐射以及无辐射跃迁两种过程回到基态52S1/2各个子能级上，经过多次循环之后，基态其他能级上大量的例子被搬运到基态mF=+2子能级上，为此光抽运，而当用π光时，由于△mF=0，则不产生光抽运效应，且此时85Rb原子对光有强的吸收，而用D1σ－光照射时，σ－光有与σ+光同样的作用，不过它是将大量粒子抽运到
mF=-2的能级上。
2．铷原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振信号是用什么方法检测的?实验过程中如何区分87Rb和85Rb的磁共振信号？
答：磁共振信号是通过测量透射光强的变化得到的，光检测罚利用磁共振时伴。