大学物理光磁共振实验装置介绍

垂直磁场调节：调节“垂直场”电位器，可改变垂直场电流，电流的大小由其上方数字面板显示。
6.1.2辅助源:
池温开关：吸收池控温电源的通断开关。
扫场方向开关：改变扫场的电流方向(选择扫场的方向)。
水平场方向开关：改变水平场的电流方向(选择水平磁场的方向)。
垂直场方向开关：改变垂直场的电流方向(选择垂直磁场的方向)。
(10)滑块
图4.主体单元
5.1.3将座标板放置在水平场线圈一侧的销钉上，按其刻线先把吸收池调整到线圈中心，通过光具座可以进行XYZ三个方向的调节，再以吸收池为基准把其它四部分调到同一轴线上。
5.1.4将准直透镜上固定偏振镜的大螺母松开，便可旋转偏振镜进行调节，调节好后将螺母旋紧。
5.1.5两个凸透镜的焦距均为77mm。可先大约确定光电探测器和铷灯的位置。
图5.b电源后面板
.6.
图6.a辅助源前面板
图6.b辅助源后面板
.7.
波器的“扫描输出”联接至辅助源后面板的“外接扫描”。并把扫描开关置于“外”的位置(该开关在辅助源后面板上)。
6.使用操作说明：
6.1控制器说明：
6.1.1电源:
电源开关：打开电源的开关，辅助源和主体单元进入工作状态。
水平磁场调节：调节“水平场”电位器，可改变水平场电流，电流的大小由其上方数字面板显示。
用L6同轴电缆联接光电探测器“输出”和示波器上线。所用示波器灵敏度比较高时(小于2mV／cm)，可将光电探测器后盖拧开，把印制板上的小开关拨向印有S1字符的一边。如所用示波器灵敏度低时(大于2mV/cm)，则将小开关拨向另一边。
如果要用示波器的锯齿扫描作为扫场调制，则可用Q9电缆将示
.5.
图5.a电源前面板
稳定度：优于5× (电源电压变化土10％时)。
射频磁场(外配射频信号源)：
频率范围：100KHz—lMHz
信号源功率输出：50Ω负载上不小于0.5W。
2.3光电探测器：放大器增益大于100。
2.4预热时间：30分钟
.1.
2.5功率消耗：150VA(不包括射频信号源)
2.6其它部件指标：
2.6.1铷光谱灯：
同测g因子方法类似，先使扫场和水平场与地磁场水平分量方向相同，测得 。再按动扫场及水平场方向开关，使扫场和水平场方向与地磁场水平分量方向相反，又得到 。这样地磁场水平分量所对应的频率为 (即排除了扫场和水平磁场的影响)。从(1)式中得到地磁场水平分量为：
………………(3)
因为垂直磁场正好抵消地磁场的垂直分量，从数字表头指示的垂直场电流及垂直亥姆霍兹线圈参数，可以确定地磁场垂直分量的数值。地磁场水平分量和地磁场垂直分量的矢量和可求得地磁场。
其外形图如下所示：
图1.
2．主要技术指标：
2.1实验测得g因子误差：1％
2.2磁装置：
水平直流磁场：场强0—2GS，连续可调。
稳定度：优于5× (电源电压变化土10％时)。
水平调制磁场：方波频率约10Hz，场强(峰一峰)0～1.5GS。
三角波频率约20Hz，场强(峰一峰)0～1.5GS。
垂直直流磁场：场强：0～0.7GS，连续可调。
方波、三角波选择开关：用于扫场方式选择。
内、外转换开关(在后面板上)：内部扫场和外部扫场的选择。
灯温、池温指示：分别表示灯温、池温进入工作温度状态。
扫场幅度：调节扫场幅度大小的电位器。
6.2实验步骤及内容：
6.2.1准备：
在装置加电之前，先应进行主体单元光路的机械调整(见本说明书安装和调整部分)。
再借助指南针将光具座与地磁场水平分量平行搁置。检查各联线是否正确。
6.3注意事项
6.3.1在实验过程中应注意区分 、 的共振谱线，当水平磁场不变时，频率高的为 共振谱线，频率低的为 的共振谱线。当射频频率不变时，水平磁场大的为 的共振谱线，水平磁场小的为 的共振谱线。
6.3.2在精确测量时，为避免吸收池加热丝所产生的剩余磁场影响测量的准确性，可短时间断掉池温电源。
3.2电源:
电源为主体单元提供三组直流电源，第Ⅰ路是0～1A可调稳流电源，为水平磁场提供电流。第Ⅱ路是0～0.5A可调稳流电源，为垂直
.3.
磁场提供电流。第Ⅲ路是24V/2A稳压电源，为铷光谱灯、控温电路、扫场提供工作电压。
3.3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。并设有“外接扫描”插座，可接SBR—1型示波器的扫描输出，将其锯齿扫描经电阻分压及电流放大，作为扫场信号源代替机内扫场信号，辅助源与主体单元由24线电缆连接。
DH807A型
光磁共振实验装置
技术说明书
北京大华无线电仪器厂
中国北京
1.概述............................... 1
2.主要技术指标....................... 1
3.工作原理........................... 2
4.结构特征........................... 4
5.2联线：
电源和辅助源用6芯小电缆连接，电源和辅助源的后面板印有接线表，三组电源按表中所示，对应连接。注意要一一对应连接！
主体单元和辅助源用24芯电缆连接。
辅助源后面板上的“射频输入”及“扫场输出”插座，用Q9电缆分别与射频信号发生器的功率输出及双线示波器的下线联接。
滑轨支架ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的接插装置有三个小插座，分别标有“A”、“B”、“C”。将铷光谱灯，吸收池及线圈组上的小插头对号插入。接插装置上的L6接头（电缆外皮是兰色），联接光电探测器标有“电源”的插座。
3.4射频信号发生器：
本实验装置中的射频信号发生器为通用仪器，可以选配，频率范围为100KHz～1MHz，输出功率在50Ω负载上不小于0.5W。并且输出幅度要可调节。射频信号发生器是为吸收池中的小射频线圈提供射频电流，使其产生射频磁场，激发铷原子产生共振跃迁。
4．结构特征：
本装置为便于直观教学，采用了开放式结构，分立部件，其主体单元的各部分(铷光谱灯、吸收池、光电探测器及光学器件等)都分别放置在光具座滑轨的5个滑块上，调节方便。主体单元各零部件均为无铁磁性材料制成。为了能在灯光、日光下工作，该实验装置配备一个遮光罩。铷光谱灯的后部留有一个观察孔。正常工作时透过观察孔可看见玫瑰紫色的光线，结构布置见图4。
环境温度：0—40℃
相对湿度：85％
耐久性：连续工作不小于8小时。
3.工作原理：
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份组成。见图2。
示波器
图2.光磁共振实验装置方框图
3.1主体单元：
主体单元是该实验装置的核心，如图3所示。由铷光谱灯、准直透镜、吸收池、聚光镜、光电探测器及亥姆霍兹线圈组成。
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。
6.2.2观测光抽运信号
扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。再将指南针置于吸收池上边，改变扫场的方向，设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反，然后将指南针拿开。预置垂直场电流为0.07A左右，用来抵消地磁场垂直分量。然后旋转偏振片的角度、调节扫场幅度及垂直场大小和方
天然铷和惰性缓冲气体被充在一个直径约52mm的玻璃泡内，该铷泡两侧对称放置着一对小射频线圈，它为铷原子跃迁提供射频磁
.2.
图3.主体单元示意图
场。这个铷吸收泡和射频线圈都置于园柱形恒温槽内，称它为“吸收池”。糟内温度约在55℃左右。吸收池放置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，一组为水平直流磁场线圈，它使铷原子的超精细能级产生塞曼分裂。另一组为扫场线圈，它使直流磁场上叠加一个调制磁场。铷光谱灯作为抽运光源。光路上有两个透镜，一个为准直透镜，一个为聚光透镜，两透镜的焦距为77mm，它们使铷灯发出的光平行通过吸收泡，然后再汇聚到光电池上。干涉滤光镜(装在铷光谱灯的口上)从铷光谱中选出光(λ=7948A)。偏振片和1／4波片(和准直透镜装在一起)使光成为左旋园偏振光。偏振光对基态超精细塞曼能级有不同的跃迁几率，可以在这些能级间造成较大的粒子数差。当加上某一频率的射频磁场时，将产生“光磁共振”。在共振区的光强由于铷原子的吸收而减弱。通过大调场法，可以从终端的光电探测器上得到这个信号。经放大可从示波器上显示出来。
5.安装和调整......................... 4
6.使用操作说明....................... 8
7.维护和修理......................... 11
8.成套性............................. 11
9.储存............................... 12
10.质量保证.......................... 12
11.附录.............................. 12
1．概述：
光磁共振实验装置(国外简称：Optical Pumping)用于近代物理实验。该实验所涉及的物理内容丰富，可使学生直观地了解到光学、电磁学及无线电电子学等方面的知识，并能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。光磁共振实验中使用了光泵及光电探测技术，其灵敏度比一般磁共振探测技术高几个数量级。这一方法在基础物理学的研究、磁场的精确测量以及原子频标技术等方面都有广泛的应用。
H扫场H t
H10
0 t H2
IS共振信号IS共振信号
0 t 0 t
图8.a图8.b
.9.
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)