近代物理实验报告—铷原子的光泵磁共振
铷原子的光泵磁共振 实验报告
铷原子的光泵磁共振田卫芳 201411142023（北京师范大学物理系 2014 级）指导教师：何琛娟 实验时间： 2016.11.24摘要 本实验主要研究了铷原子的光泵磁共振现象，首先通过改变垂直场，消除地磁场垂直分量的影响；改变水平场，观察光抽运信号，同时计算地磁场的大小；利用扫场法观察磁共振信号，计算Rb Rb 8587和的F g 因子的大小，与理论值比较。
关键词 铷原子、超精细结构、塞曼能级分裂、光抽运、磁共振、 1. 引言在磁场中，塞曼分裂导致的磁能级间距通常比较小，因此，产生磁共振现象所需的能量通常位于射频或微波波段。
此波段的电磁波能量要比光频段的能量小得多，普通的光谱仪器根本无法分辨，所以对于那些磁共振信号很微弱的样品(比如气体样品)很难探测。
光抽运是用圆偏振光激发气态原子，打破原子在所研究能级间的热平衡分布，造成能级间所需要的粒子数差，以便在低浓度条件下提高磁共振信号强度。
光泵磁共振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。
光泵磁共振采用光探测方法，探测原子对光量子的吸收，而不直接测量射频量子，克服了磁共振信号弱的缺点，大大提高了探测灵敏度。
本实验研究铷原子（Rb ）的光泵磁共振现象，并测量Rb 的朗德因子。
天然铷有两种同位素: 丰度为72．15％的Rb 85，丰度为27．85％的Rb 87。
2. 实验原理2.1 Rb 原子基态及最低激发态的能级Rb 是碱金属原子，最外层有一个价电子，基态时位于5s 能级上，其轨道角动量量子数L=0,自旋角动量量子数为S=1/2，考虑L-S 耦合后，其总角动量J=1/2，记作52S 1/2 ，其最近激发态为52P 1/2和52P 3/2。
电子由5p 跃迁到5s 所产生的光辐射是Rb 原子主线系的第一条线，为双线，其强度在Rb 灯光谱中特别高，其中52P 1/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 1线，波长794.8nm ，52P 3/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 2线，波长780.0nm 。
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。
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，
光泵磁共振实验
光泵磁共振实验探讨无锡高等师范学校毛宏伟摘要光泵磁共振实验是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼能级间的磁共振。
它是近代物理实验中一个基本而重要的实验。
本文主要从光抽运信号观察、磁共振信号观察、测量gF因子、测量扬州地区地磁场等几个方面展开探讨。
关键词光抽运, ,磁共振，g F因子，地磁场一、光泵磁共振的实验原理1．铷原子的能级光泵磁共振实验研究的对象是铷的气态自由电子。
由原子物理可知,铷是一价碱金属,其价电子处于带5壳层,主量子数n=5,对于同一主量子数n,有L=0,1,…,(n-1)个不同的轨道状态,L=0对应于基态,L=1是最低激发态。
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(即L-S耦合)而发生的能级分裂，称为精细结构。
轨道角动量P L 与自旋角动量PS合成总角动量PL=PL+PS。
原子能级的精细结构用电子的总角动量量子数J来标记：J=L+S,L+S-1,…,|L-S|。
对于基态,L=0,S=1/2,其标记为52S1/2;对第一激发态,L=1,S=1/2,是双重态52P1/2及52P3/2,分别对应于J=1/2和J=3/2。
5P与5S能级之间的跃迁是铷原子的第一条线,为双线,在铷光谱中强度最大。
其中52P1/2到52S1/2的跃迁称D1线,波长为7948A , 52P3/2到52S1/2的跃迁为D2线,波长为7800A。
.铷核具有自旋和磁矩。
由于核自旋角动量PI与电子的总角动量PJ 相互作用,即IJ耦合,形成PF,有PF=PI+PJ。
IJ耦合形成超精细结构能级,用量子数F标记,F=I+J,…,|I-J|。
铷有两种同位素87Rb和85Rb, 87Rb的I=3/2,基态J=1/2,具有F=2和F=1两个状态, 85Rb的I=5/2,基态J=1/2,具有F=3和F=2两个状态。
以上所述是没有外磁场的情况。
如果处在外磁场B 中,由于原子的总磁矩μF与磁场B 的相互作用,超精细结构中的各能级进一步发生塞曼分裂形成塞曼能级。
铷原子光泵磁共振实验报告
1 ~ H 扫（右 2
图）；继续增大水平电流，当三角波的中央刚好对应 H 时，总磁场与所加的水平方向磁场（ H 1 ）满足
H H1 H 地水 H 扫 （中图）；再继续增大水平电流，当三角波的波谷刚好对应 H 时，总磁场与所加的
水平方向磁场（ H 1 ）满足 H H 1 H 地水 H 扫
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平衡分 布的实验方法。光泵磁共振技术于1955年由法国科学家卡斯特勒发明，它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，这种技术最早实现了粒子数反转。 气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱，普通方法很难探测。本实验利用光泵磁共振方法克服 了磁共振信号弱的特点，将探测灵敏度提高了七八个数量级，能在弱磁场下精确检测原子能级的超精细结 构。本实验研究Rb原子的光泵磁共振现象，天然Rb有两种同位素： 85 Rb （丰度为72.15%）、 87 Rb （丰度 为27.85%）。
1 ~ H 扫 （左图）。 2
图 4 磁共振信号
而当三角波的波峰、波谷对应 H 时，判断共振信号时刻的误差较大，且总磁场 H 中含有 H 扫 项，计算 H 需较多组的数据。因此，实验中测量中图（即 H 对应三角波中央）所对应情况，也更容易判断共振信号 出现时刻。 实验中分别测量了扫场、水平场不同组合下，满足中图（H 对应三角波中央）情况的水平磁场电流， 计算时仅需要前三组即可。实验数据见表 1。三组情况分别对应
m F 1 的跃迁，所以处于 5 2 S1 / 2 的 m F 2 子能级上的粒子不能被激发至 5 2 P1 / 2 态。
2 当原子经历自发辐射和无辐射跃迁从 5 2 P 1 / 2 回到 5 S1 / 2 时，粒子返回到基态各子能级的概率相等。这
光泵磁共振实验
光泵磁共振一.实验目的(1)掌握光抽运和光检测的原理和实验方法，加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。
(2)测定铷同位素85Rb和87Rb的g F因子、地磁场垂直和水平分量。
、实验原理光泵磁共振就是用光来检测和发现磁共振。
这种磁共振可发生在一组塞曼能级之间或超精细结构之间，而不限定原子或分子是处于基态还是处于激发态，由于光子能量是射频量子能量的106~107倍，通过检测光子来探察射频量子的吸收或发射容易得多。
1、铷原子基态和最低激发态的能级天然铷中含量大的同位素有两种：85Rb占72.15%,87Rb占27.85%。
由于电子轨道总角动量P L与自旋总角动量P S的LS耦合，使原子能级具有精细结构，用电子的总角动量量子数J表示：J=L+S，…，IL—SI。
铷的基态，轨道量子数1=0，自旋量子数S=1/2,只有J=1/2一个态52s l/2。
铷原子的最低激发态，轨道量子数1=1，自旋量子数S=1/2，则有双重态52P3/2态J=3/2和52P l/2态J=1/2。
已知核自旋1=0的原子的价电子LS耦合后，总角动量耳与原子总磁矩匕的关系为：咛-g J eP J/(2m e)(13-1)J(J+1)—L(L+1)+S(S+1)g J=1+(13-2)2J(J+1)但铷原子的核自旋I W0。
所以核自旋角动量P I与电子总角动量耳耦合成原子总角动量P F，有P F=P J+P I，耦合后的总量子数是F=I+J，…，|I—J|。
87Rb的基态J=1/2、1=3/2，有F=2和F=1两个状态。
85Rb的基态J=1/2，I=5/2，则有F=3和F=2两个态。
把F量子数表征的能级称为超精细结构能级。
原子总角动量P F与总磁矩P F之间的关系(见本实验附录)为：口F=-g F e P F/22m e)F(F+1)+J(J+1)—I(I+1)g F=g J(13-3)2F(F+1)铷原子在磁场中的超精细能级产生塞曼分裂，可用磁量子数m F标定。
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 +=。
铷原子的光泵磁共振
铷原子的光泵磁共振摘要：本实验我们利用DH807型光泵磁共振的实验装置研究了铷原子的光泵磁共振现象。
通过示波器我们观察了光抽运信号和光泵磁共振信号，根据实验所得的数值，算出了87Rb 的F g ，85Rb 的F g ，并与理论值做了比较，其误差在实验误差范围内，实验中我们还根据所测得数据算得了地磁场的大小。
关键词： 光抽运、磁共振、偏振。
一．引言在磁场中，塞曼分裂导致的磁能级间距通常比较小，因此，产生磁共振现象所需的能量通常位于射频或微波波段。
此波段的电磁波能量要比光频段的能量小得多，普通的光谱仪器根本无法分辨，所以对于那些磁共振信号很微弱的样品(比如气体样品)很难探测。
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上述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、能级结构和屠因子测量。
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力的实验手段。
本实验研究铷(Rb)原子的光泵磁共振现象，并测量Rb 的朗德里因子和地磁场的大小。
天然Rb 有两种同位素，丰度为72．15％的85Rb 和丰度为27．85％的87Rb 。
二． 实验原理1．Rb 原子基态及最低激发态的能级如图1所示，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。
2/12P 5到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm ；2/12P 5 到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm 。
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近代物理实验报告—铷原子的光泵磁共振
摘要 本实验利用DH807型光泵磁共振的实验装置研究了铷原子的光泵磁共振现象。
通过示波器观察了光抽运信号和光泵磁共振信号，根据实验所得的数值，分别算出了Rb Rb 8587和的F g 因子的大小，同时根据所测得数据算出了地磁场的大小。
关键词 光抽运；光泵磁共振；塞曼能级分裂扫场；
一 引言
光抽运是用圆偏振光激发气态原子，打破原子在所研究能级间的热平衡分布，造成能级间所需要的粒子数差，以便在低浓度条件下提高磁共振信号强度。
光泵磁共振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。
光泵磁共振采用光探测方法，探测原子对光量子的吸收，而不是像一般的磁共振直接探测原子对射频量子的吸收，因而大大提高了探测灵敏度，本实验研究的对象是碱金属原子铷（Rb ），天然铷中含量大的同位素有两种：Rb 85占72．15％，Rb 87占27．85％。
二 实验原理
1．Rb 原子基态及最低激发态的能级
如图1所示，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。
2/125P 到2/125S 的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm ；2/325P 到
2/125S 的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm 。
图1 铷原子能级图
在弱磁场条件下，通过解Rb 原子定态薛定锷方程可得能量本征值为
可得基态2/125S 的两个超精细能级之间的能量差为
相邻塞曼子能级之间（F m ∆＝±1）的能量差为
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。
一定频率的光可引起能量差为原子能级之间的跃迁。
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
Rb 87的2/125S 态及2/125P 态的磁量子数最大值都是+2，当入射光是D1时，只能产生F m ∆=+1 的跃迁，基态F m ＝+2 子能级的粒子不能跃迁，如图2所示。
图2 （a ）87Rb 基态粒子吸收D 1σ+
光子跃迁到激发态的过程；
（b ）87Rb 激发态粒子通过自发辐射返回基态各子能级。
当原子经历无辐射跃迁过程从2/125P 回到2/125S 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F m ＝+2 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F m ＝+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
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。
3. 弛豫过程
在热平衡状态下， 基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布，由于各子能级能量差极小，可近似认为各能级上的粒子数相等。
光抽运使能级之间的粒子数之差大大增加，使系统远远偏离热平衡分布状态。
系统由偏离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。
本实验涉及的几个主要弛豫过程有以下几种：
1、铷原子与容器器壁的碰撞：导致子能级之间的跃迁，使原子恢复到热平衡分布。
2、铷原子之间的碰撞：导致自旋-自旋交换弛豫，失去偏极化。
3、铷原子与缓冲气体之间的碰撞：缓冲气体的分子磁矩很小（如氮气），碰撞对铷原子磁能态扰动极小，对原子的偏极化基本没有影响。
铷原子与器壁碰撞是失去偏极化的主要原因。
在样品中充进适量缓冲气体可大大减少这种碰撞，使原子保持高度偏极化。
另外，温度升高时，铷原子密度升高，与器壁及原子之间的碰撞都增加，使原子偏极化减小，温度过低时，原子数太少，信号幅度很小，故存在一个最佳温度，约为40-60℃。
4. 塞曼子能级间的磁共振
垂直于0B 的方向所加一圆频率为1ω 的射频场
当满足共振条件时，塞曼子能级之间将发生磁共振。
抽运到基态F m =+2子能级上的大量粒子，由于射频场的作用产生感应跃迁，即由F m =+2跃迁到F m =+1等。
同时由于光抽运的存在，处于基态2+≠F m 子能级上的粒子又将被抽运到F m =+2子能级上，感应跃迁与光抽运将达到一个新的平衡。
在发生磁共振时，由于2+≠F m 子能级上的粒子数比未共振时多（见图3），因此对D1光的吸收增大。
图3 磁共振过程塞曼子能级粒子数的变化
射到样品泡上D1线的光一方面起到光抽运作用，另一方面透过样品的光又可以兼作探测光。
测量透过样品的D1光强的变化即可得到磁共振的信号，实现了磁共振的光探测，巧妙地将一个低频射频光子（1―10MHz ）转换为一个光频光子（8
10MHz ）,使信号功率提高了7－8 个数量级。
三 实验内容
1.观测光抽运信号，并消除地磁场的水平分量。
将扫场输出方式设置为方波，加上外磁场的瞬间，发生抽运效应，粒子多数被抽运到2m +=F 的能级上，方波扫过零反向时，塞曼能级发生兼并再分裂，能级简并时失去偏极化，重新分裂后，各级塞曼能级的粒子数又近似相等，对D1光的吸收达到了最大值。
调节竖直线圈产生磁场的大小，当抽运信号最大时说明地磁场的垂直分量被抵消，此时垂直线圈产生的磁场就等于地磁场数值分量的大小。
2.观察共振信号。
地磁场表示为B1，水平磁场表示为B2，扫场水平分量表示为B3，扫场交流分量表示为B4，则总的磁场可以表示为B=B1+B2+B3+B4，其中扫场的交流分量B4随时间变化，总磁场也是随时间变化的，若共振信号不均匀分布，说明此时扫场的交流分量不为零，若共振信号是均匀分布，则说明发生共振时扫场的交流分量为零。
为了测量方便，我们在实验中就选择共振信号均匀分布时，进行测量和记录。
发生共振信号时，总磁场和射频场的频率满足，B g B F μω= ，由于，共振时我们只能测得水平磁场的大小，不能直接得到总磁场的大小，所以我们可以通过改变水平磁场和扫场的方向，分别测得在同一频率下共振信号对应的水平场的大小，由于地磁场，扫场，总磁场在频率一定时都是常量，所以改变方向测量三次即可算出各个磁场的大小。
另外，水平磁场方向与地磁场方向相反时，共振时总磁场的方向应与地磁方向相反，水平磁场方向与地
磁场方向相同时，总磁场方向与地磁场方向相同。
四 实验数据处理
频率
（kHz ） 扫场 水平场 水平电流(A) 地磁（A ） 总磁场
650 负 正 0.254 0.354
0.047 0.0455 0.2045 0.296 负 负 0.155 0.249
正 正 0.061 0.158 正 负 0.325 0.433
700 负 正 0.268 0.374
0.0405 0.038 0.213 0.32 负 负 0.158 0.261
正 正 0.077 0.185 正 负 0.348 0.455
600 负 正 0.238 0.332
0.04 0.04 0.183 0.234 负 负 0.126 0.216
正 正 0.048 0.136 正 负 0.242 0.332
550 负 正 0.221 0.061
0.0415 0.0395 0.1665 0.211 负 负 0.112 0.193
正 正 0.029 0.114 正 负 0.228 0.308
750 负 正 0.284 0.399
0.042 0.0405 0.228 0.3415
负 负 0.172 0.284
正 正 0.088 0.203 正 负 0.367 0.48
磁场大小可由对应电流值算出
水平线圈N=250，r=00.2395m 0
100
200
300
400500600700
800
00.20.40.60.81 1.2
87Rb 共振频率与磁场的对应关系
y = 733.19x-38.324
R^2 = 0.9858
总磁场（GS）
频率（k H z ）系列1
线性 (系列1)
g 因子大小可有斜率算出
F g ==⨯⨯⨯⨯⨯---B
v 347
341072741.91010626.60.4994 误差%012.05
.05.04994.0=-=ω 0
100
200
300
400
50060070080000.51 1.52
85Rb 共振频率与磁场对应关系
y = 474.28x-14.173
R^2 = 0.9930
磁场（GS）频率（k H z ）
同理
F g ==⨯⨯⨯⨯⨯---B
v 347
341072741.91010626.60.3331 误差==333
.0333
.0-3331.0ω0.07% 地磁场水平分量大小：B=0.194GS
地磁场分量可由电流值算出 N=100，r=0.1530,I=0.062A
代入计算可得B=0.364GS
夹角arctan(0.364/0.194)=28°
总磁场大小412mGS
五 实验总结
在观测共振信号的过程当中，如果在一个周期内同时出现Rb 85和Rb 87
两次共振信号，可能是因为扫场的振幅过大造成的，总磁场在变化过程中可以满足两次共振的要求。
水平磁场反向时，总水平磁场会反向过零，有光抽运信号，这样会与磁共振信号混淆，区分的办法是断开射频场，仍然存在的是抽运信号，消失的是共振信号。
在实验中测量时，记录共振信号波形均匀分布是的磁场比较巧妙地消除了扫场交流部分的影响。
参考文献
1．近代物理实验，熊俊，北京师范大学出版社，北京，2007。