3.光磁共振实验预习报告
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告一、实验目的1.了解核磁共振的基本原理和仪器结构；2.学习核磁共振性质的测量方法；3.掌握核磁共振实验的基本操作。
二、实验仪器和用具核磁共振仪、样品管、场频中心标记物、标定试剂、样品转速调节器、计算机等。
三、实验原理核磁共振是利用磁共振现象进行的一种物质结构、原子核的环境等信息的研究方法。
通过在静磁场中施加射频场，使样品的原子核进行磁共振，进而测量其共振频率和化学位移，从而得到相关的物理和结构性质。
四、实验内容和步骤1.样品制备：在样品管中配制好待测物质溶液；2.实验准备：打开核磁共振仪电源，调节磁场强度和均匀性；3.校准：使用场中心标记物调整磁场的中心频率；4.样品激磁：将样品放入核磁共振仪的样品室中，进行样品激磁操作；5.信号获取：通过调整射频场的频率和强度，使样品核的共振信号最大化；6.信号处理：将获取的信号通过计算机进行数字化处理，得到频谱图和相关参数；7.数据记录：记录样品的共振频率、化学位移等相关参数。
五、实验数据和分析实验中，我们选取了甲醇样品进行核磁共振实验。
首先进行了磁场强度的校准，通过调整磁场的中心频率，使得样品的共振频率能够与参考标记物的共振频率相匹配。
接下来，进行了样品的激磁操作。
通过将样品放入样品室中，使其置于强磁场中，样品中的原子核开始进行自旋共振。
在信号获取过程中，我们通过调整射频场的频率和强度，使样品核的共振信号最大化。
当共振发生时，仪器会发出响应信号，我们利用该信号来调整射频场的参数，确保信号最强。
通过对获取的信号进行处理，我们得到了甲醇样品的核磁共振频谱图。
在频谱图中，可以观察到不同核的共振峰，通过测量共振峰的位置和间距，可以得到样品的化学位移和相关的物理属性。
六、实验结果和结论通过核磁共振实验，我们成功获得了甲醇样品的核磁共振频谱图。
通过测量共振峰的位置和间距，我们得到了样品的化学位移和相关的物理属性。
实验结果表明，核磁共振是一种非常有效的研究物质结构和性质的方法。
浙师大物理实验报告-光磁共振
浙师⼤物理实验报告-光磁共振光磁共振实验报告物理081班任希 08180123摘要：在我们对原⼦超精细结构进⾏了初步的理解之后，通过课本及⽹络资料的提⽰，本实验采⽤了以光泵抽运法来研究⽓态原⼦基态及激发态精细和超精细结构赛曼能级间的磁共振，并且使⽤DH807A 型光磁共振实验装置来观察光抽运信号的过程，从⽽测定铷原⼦两个同位素Rb Rb 8785和的超精细结构塞曼⼦能级的朗德g 因⼦。
关键词：光泵抽运法、塞曼分裂、铷原⼦引⾔：波谱学⽅法利⽤物质的微波或射频共振，来研究原⼦的精细、超精细结构以及在外加磁场中分裂形成的塞曼⼦能级，这⽐光谱学有更⾼的分辨率。
1950年法国物理学家A.Kastler 等⼈提出光抽运技术，提⾼了探测信号的灵敏度。
这种光轴运——磁共振——光探测技术，其灵敏度⽐⼀般的磁共振探测提⾼了⼏个数量级。
这种⽅法很快就发展成为研究原⼦物理的⼀种重要的实验⽅法。
它⼤⼤地丰富了我们对原⼦能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原⼦磁矩和g 因⼦、原⼦与原⼦间以及原⼦与其它物质间相互作⽤的了解。
正⽂：实验开始之前，需要对仪器进⾏⼤约半⼩时的预热，并且提前对实验内容进⾏进⼀步消化，经过之前的预习⼯作之后，只需对实验仪器做进⼀步的了解即可。
预热步骤之后，初步对实验仪器进⾏调试，可以发现⽇光灯对实验仪器的影响，⽽且这个影响对实验结果会造⽔平磁场线圈铷光谱灯⾼频振荡器放⼤器Rb⼲涉滤光镜透镜偏振⽚1/4波⽚射频线圈恒温槽垂直磁场线圈透镜光电池光电探测器⾄⽰波器光磁共振实验装置⽰意图成⾮常巨⼤的影响，所以最后进⾏实验时，应⽤幕布罩住整个实验仪器或是关掉⽇光灯进⾏实验，以确保实验结果的准确性。
1.观察光抽运现象⾸先对光路进⾏调节，保证各元件在同⼀光轴上。
调节地磁的影响前，⾸先扫场⽅式选择⽅波，把⽔平和垂直⽅向的附加场的旋钮打⾄最⼩处，然后⽤指南针确定地磁⽅向，设置扫场⽅向与地磁场⽔平分量⽅向相反，预制垂直场电流为0.07A 左右，增⼤扫场幅度并调节⽰波器，可初步观察到光抽运信号，然后⼀次调解透镜，偏振⽚及扫场幅度,垂直⼤⼩与⽅向，使光抽运幅度最⼤。
光磁共振实验报告
一、实验目的1．掌握光抽运-磁共振-光检测的实验原理及实验方法； 2．研究原子，分子能级的超精细构造；3．测定铷原子同位素87Rb 和85Rb 的郎德因子g ，测定电磁场的水平分量。
二、实验原理：1．铷原子基态和最低激发态的能级铷〔Z =37〕是一价金属元素，天然铷中含量大的同位素有两种：87Rb ，占27.85 %和85Rb ，占72．15%。
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，如图B4-1所示，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 ，与此相联系的核外电子的总磁矩Jμ为2J JJ eeg P m μ=-〔B4-1〕图B4-1 Rb 原子精细构造的形成式中)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，那么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 )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，共有2F ＋1个值。
光泵磁共振预习报告
实验课程名称近代物理实验 实验项目名称光泵磁共振 内容包含：实验目的、实验原理简述、实验中注意事项、实验预习中的问题探讨一、实验目的:1、掌握核磁共振的原理与基本结构；2、学会核磁共振谱图的操作方法与谱图分析；3、了解核磁共振在实验中的具体应用。
二、实验原理简述： 核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。
根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有： 1H 、11B 、13C 、17O 、19F 、31P由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。
将原子核置于外加 磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。
进动具有能量也具有一定的频率。
原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。
原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。
当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。
这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。
为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。
核磁共振模拟实验报告
实验课程名称：_大学物理实验____预习操作报告成绩实验项目名称核磁共振实验成绩实验者专业班级学号实验日期2020年6月26日指导老师第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）【实验目的】1.了解核磁共振的基本原理和实验方法。
2.观察氢核1H核磁共振现象，测量稳恒磁场强度，测量氟核19F的旋磁比和朗德因子。
【实验原理】见网络教学平台相关资料【实验仪器】本实验仪器主要包括磁铁、探头、磁共振实验仪主机、频率计及示波器等。
【实验内容与步骤】见网络教学平台相关资料【预习思考题】1.产生核磁共振的条件是什么？扣分：核自旋量子数不为零的原子核在恒定磁场中产生塞曼裂分；施加的高频磁场方向垂直于恒定磁场方向；高频磁场振荡频率v满足hv等于塞曼裂分的两能级间能量差（ E）。
2.怎样利用核磁共振测量磁场强度？扣分：B=2лv/y，其中v为励磁电压为0时的共振频率，y为旋磁比，v和y是对同一种核素而言的。
第二部分：实验过程记录（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）【原始数据】（10分）实验步骤一和步骤二完成后的截屏粘贴在此。
扣分：【现象及问题】（5分）扣分：现象：在第一、第二个实验里测量共振频率时，发现只在很小的一个范围内才能见到共振信号，共振信号很明显。
在第四个实验里，测得的共振频率随着励磁电压的增大而增大。
在最后测试磁场强度，发现计算得到的磁场强度与校正前显示的磁场强度有一定差距。
问题：有的步骤不易理解，比如在示波器上处理信号等，需要多看资料把它弄明白。
第三部分：结果与讨论一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、思考题三、小结、建议及体会【数据处理】（每题20分，共60分）1.确定氢核1H 的共振频率，计算样品所在位置处磁场强度，并附上实验五毫特斯拉计的校准实验完成的截屏。
（注：已知氢核1H 的旋磁比212.675210MHz T H γ-=⨯⋅）扣分：次数12345共振频率H ν(MHz)20.3647620.3668820.3651620.3652720.36639H i 1==5νν∑20.36534MHz 磁场强度B 0=0.47808T 截屏：2.根据所测的氟核19F 的共振频率，求出19F 的旋磁比F γ和朗德因子F g 。
核磁共振成像实训报告
一、引言核磁共振成像（MRI）作为一种无创性、高分辨率的医学影像技术，在现代医学诊断中扮演着越来越重要的角色。
为了提高我们对核磁共振成像技术的理解和应用能力，我们参加了核磁共振成像实训课程。
本文将详细记录实训过程，总结实训收获，并探讨核磁共振成像技术在临床诊断中的应用。
二、实训内容1. 核磁共振成像原理实训首先介绍了核磁共振成像的原理，包括核磁共振的基本原理、成像过程、成像参数等。
通过学习，我们了解到核磁共振成像利用人体内氢原子核在外加磁场中的共振特性，通过射频脉冲激发氢原子核，并检测其发射的信号，从而获得人体内部结构的图像。
2. 核磁共振成像设备实训过程中，我们参观了核磁共振成像设备，了解了设备的结构、功能及操作流程。
通过实际操作，我们掌握了设备的基本操作方法，如患者摆放、射频脉冲序列选择、成像参数设置等。
3. 核磁共振成像技术实训重点介绍了核磁共振成像技术，包括T1加权成像、T2加权成像、质子密度加权成像等。
我们学习了不同加权成像的特点及临床应用，如T1加权成像在显示骨骼、肌肉等方面具有优势，T2加权成像在显示水肿、肿瘤等方面具有优势。
4. 核磁共振成像临床应用实训课程还介绍了核磁共振成像在临床诊断中的应用，包括神经系统、骨骼肌肉系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统等。
我们通过案例分析，了解了核磁共振成像在临床诊断中的重要作用。
三、实训收获1. 提高了理论水平通过实训，我们对核磁共振成像的原理、设备、技术及临床应用有了更深入的了解，提高了我们的理论水平。
2. 增强了实践能力实训过程中，我们亲自动手操作核磁共振成像设备，掌握了基本操作技能，增强了我们的实践能力。
3. 拓宽了视野实训课程使我们了解到核磁共振成像在临床诊断中的广泛应用，拓宽了我们的视野。
四、核磁共振成像技术在临床诊断中的应用1. 神经系统疾病诊断核磁共振成像在神经系统疾病诊断中具有很高的准确性，如脑肿瘤、脑梗死、脑出血、脑积水、癫痫等。
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。
光磁共振实验报告BYCQ
光磁共振实验报告BYCQ
我参加了一次光磁共振实验，这是一项非常有趣和重要的实验，可以帮助人们更深入
地了解人体和物质的工作原理。
在实验中，我们使用了一个称为核磁共振的技术。
这种技术利用磁场和射频信号来观
察样品中的原子核的运动。
在这个实验中，我们使用的样品是一个小塑料盒子里的水分子。
通过这个实验，我们能够看到水分子中的原子核如何在磁场中定向运动。
我们可以调
整磁场强度的大小来改变水分子中原子核的运动情况。
我们还使用了一些射频信号来激发
原子核的运动，并观察他们如何反映出来。
这个实验还帮助我们了解了一些有关核磁共振成像（MRI）的原理。
MRI利用核磁共
振技术来生产人体的内部结构。
MRI是一种无创的检查方法，可以提供医生详细的图像，
并帮助医生诊断和治疗很多疾病。
总的来说，这个实验让我更深入地理解了原子核如何在磁场中的运动，也让我更好地
理解了MRI技术的原理。
我相信这个实验对于我的化学和生物学学习都将非常有用。
南京大学-光磁共振实验报告
光磁共振(南京大学物理学院 江苏南京 210000)摘要：光磁共振是利用光抽运的方法，进一步提高磁共振灵敏度的技术。
本实验依据光磁共振技术，运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法，测量地磁场垂直分量和水平分量以及铷原子的相关参量。
关键词：光磁共振；光抽运；磁共振；塞曼效应；塞曼子能级；地磁场；朗德因子一、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. 测定銣原子87Rb 和85Rb 的参数：基态朗德因子F g 和原子核的自旋量子数I 。
3. 测定地磁场B u u u r地的垂直分量B 地垂直、水平分量B地水平及其倾角θ。
二、实验原理光磁共振技术是根据动量守恒原理，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。
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，处于第五壳层，主量子数n=5,电子轨道量子数L=0,1,2,3…,n-1,电子自旋S=1/2。
铷原子中价电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 发生轨道—自旋耦合（LS 耦合），得到电子总角动量J P，其数值,,1,,J P J L S L S L S ==++-⋅⋅⋅-。
当不考虑铷原子核的自旋时，铷原子总磁矩2J JJ eeg P m μ=-，其中,e e m -分别为电子的电荷、质量。
朗德因子 (1)(1)(1)12(1)J J J L L S S g J J +-+++=++从而形成原子的超精细结构能级，这时，铷原子的基态能级21S J nS +对应于n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为2125S ，相应的朗德因子2J g =；铷原子的第一激发态能级21S J nP +对应于n=5,L=1,S=1/2,J=1/2、3/2，是双重态，即为2125P 和2325P ，相应的朗德因子24,33J g =。
光磁共振预习报告 骆宇哲
近代物理实验题目光磁共振学院数理与信息工程学院班级物理071班学号姓名骆宇哲指导教师斯剑宵浙江师范大学预习报告实验名称光磁共振班级物理071 姓名骆宇哲学号同组人实验日期10/04/15 室温气温光磁共振摘要：光磁共振(光泵磁共振)利用光抽运（Optical PumPing）效应来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（Rb），天然铷中含量大的同位素有两种：85Rb占72．15％，87Rb占27．85％。
气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱，用磁共振的方法难于观察。
本实验应用光抽运、光探测的方法，既保持了磁共振分辨率高的优点，同时将探测灵敏度提高了几个以至十几个数量级。
此方法一方面可用于基础物理研究，另一方面在量子频标、精确测定磁场等问题上都有很大的实际应用价值。
关键词：光磁共振光抽运塞曼能级分裂超精细结构引言：光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。
这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。
由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。
光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。
它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。
利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。
实验方案：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．测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子g。
二、实验原理1.铷（Rb）原子基态及最低激发态的能级实验研究的对象是铷的气态自由原子。
铷是碱金属原子，在紧束缚的满壳层外只有一个电子。
铷的价电子处于第五壳层，主量子数n=5。
主量子数为n的电子，其轨道量子数L=0,1,……,n-1。
基态的L=0, 最低激发态的L=1。
磁共振见习实验报告
一、实验目的1. 了解磁共振技术的原理和基本操作；2. 掌握磁共振仪器的使用方法；3. 通过实验操作，加深对磁共振技术的理解。
二、实验原理磁共振技术是一种利用原子核在外加磁场中吸收射频能量产生共振现象的技术。
在恒定磁场中，原子核的自旋磁矩会产生进动，当射频频率与原子核进动频率相匹配时，原子核会吸收射频能量，产生共振现象。
三、实验仪器与材料1. 磁共振仪器：核磁共振波谱仪；2. 样品：含有不同原子核的化合物；3. 计算机：用于数据采集和处理。
四、实验步骤1. 准备工作：将样品放入磁共振仪器中，调整磁场强度，设置射频频率；2. 数据采集：启动仪器，进行数据采集，记录样品的共振信号；3. 数据处理：利用计算机软件对采集到的数据进行处理，得到磁共振波谱图；4. 结果分析：分析磁共振波谱图，确定样品中不同原子核的种类、数量等信息。
五、实验结果与分析1. 样品A的磁共振波谱图显示，存在两个共振峰，分别对应于氢原子核和碳原子核。
根据共振峰的位置和强度，可以确定样品A中含有两种化合物；2. 样品B的磁共振波谱图显示，存在一个共振峰，对应于氢原子核。
通过分析共振峰的位置和强度，可以确定样品B中只含有一种化合物；3. 样品C的磁共振波谱图显示，存在两个共振峰，分别对应于氢原子核和碳原子核。
通过分析共振峰的位置和强度，可以确定样品C中含有两种化合物。
六、实验讨论1. 实验过程中，磁场强度和射频频率的设置对磁共振波谱图有较大影响。
在实际操作中，需要根据样品的特性和实验要求，合理设置磁场强度和射频频率；2. 数据采集过程中，样品的放置位置和状态也会对磁共振波谱图产生影响。
实验过程中，需要确保样品放置稳定，减少外界干扰；3. 数据处理过程中，需要注意软件的选用和参数设置，以确保数据的准确性和可靠性。
七、实验结论通过本次磁共振见习实验，我们掌握了磁共振技术的基本原理和操作方法。
通过实验操作，我们能够利用磁共振波谱图分析样品中不同原子核的种类、数量等信息。
光磁共振实验报告
近代物理实验报告光磁共振实验学院班级姓名学号时间 2014年3月22日光磁共振实验实验报告【摘要】：本实验以光抽运的方法来研究气态原子基态及激发态的精细结构和超精细结构塞曼能级间的磁共振。
在加深对原子超精细结构的理解的基础上，使用DH807A型光磁共振实验装置观察光抽运信号，以此来测定铷原子(85Rb，87Rb)的超精细结构塞曼子能级的朗德因子（g）。
【关键词】：光抽运、光磁共振、铷原子、超精细结构、朗德因子【引言】：波谱学方法利用物质的微波或射频共振，来研究原子的精细、超精细结构以及在外加磁场中分裂形成的塞曼子能级，这比光谱学有更高的分辨率。
1950年法国物理学家A.Kastler等人提出光抽运技术，提高了探测信号的灵敏度。
这种光轴运——磁共振——光探测技术，其灵敏度比一般的磁共振探测提高了几个数量级。
这种方法很快就发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。
它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。
为此，Kastler荣获了1966年度的诺贝物理奖。
【正文】：一、实验原理1、能级分裂铷（Z=37）是一价金属元素，天然铷有两种稳定的同位素: 85Rb和87Rb,二者的比例接近2比1。
它们的基态都是52S1/2，即电子的主量子数n=5，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（L—S 耦合）。
)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J 在L —S 耦合下，铷原子的最低激发态仅由价电子的激发所形成，其轨道量子数L=1，自旋量子数S=1/2，电子的总角动量J=L+S 和L-S ，即J=3/2和1/2，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794.8nm 和780.0nm 。
磁共振实验报告
近代物理实验题目磁共振技术学院数理与信息工程学院班级物理082班学号08220204姓名同组实验者指导教师光磁共振实验报告【摘要】本次实验在了解如光抽运原理，弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上，合理进行操作，从而观察到光抽运信号，并顺利测量g因子。
【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构【引言】光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。
这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。
由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。
光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。
它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。
利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。
【正文】一、基本知识1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂本实验的研究对象为铷原子，天然铷有两种同位素；85Rb（占72．15%）和87Rb（占27．85%）．选用天然铷作样品，既可避免使用昂贵的单一同位素，又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号．铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示．在磁场中，铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂．标定这些分裂能级的磁量子数m F=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＝g F m FμF B0（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g F= g J [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ⁄ 2F（F＋1）（2）图1其中g J= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ⁄ 2J（J＋1）（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（1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差ΔE＝g FμB B0（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(2)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ħ；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－ħ；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0.7800μm．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，Δm F＝±1 （5）图2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ħ只能引起Δm F＝＋1的跃迁，故D1σ﹢光只能把基态中除m F＝＋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2(a)所示．图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m F＝＋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m F ＝＋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m F＝－2子能级上．但是，π光照射是不可能发生光抽运效应的．对于铷85Rb，若用D1σ＋光照射，粒子将会“抽运”到m F＝＋3子能级上．3、弛豫过程光抽运使得原子系统能级分布偏极化而处于非平衡状态时，将全通过弛缘过程回复到热平衡分布状态．弛豫过程的机制比较复杂，但在光抽运的情况下，铷原子与容器壁碰撞是失去偏极化的主要原因．通常在铷样品泡内充入氮、氖等作为缓冲气体，其密度比样品泡中铷蒸气的原子密度约大6个数量级，可大大减少铷原子与容器壁碰撞的机会．缓冲气体的分子磁矩非常小，可认为它们与铷原子碰撞时不影响这些原子在磁能级上的分布，从而能保持铷原子系统有较高的偏极化程度．但缓冲气体不可能使铷原子能级之间的跃迁完全被抑制，故光抽运也就不可能把基态上的原子全部“抽运”到特定的子能级上．由实验得知．样品泡中充入缓冲气体后，弛豫时间为10－2s数量级．在一般情况下，光抽运造成塞曼子能级之间的粒子差数，比玻耳兹曼分布造成的差数大几个数量级．4、磁共振与光检测式（4）给出了铷原子在弱磁场B0作用下相邻塞曼子能级的能量差．要实现这些子能级的共振跃迁，还必须在垂直于恒定磁场B0的方向上施加一射频场B1作用于样品．当射频场的频率ν满足共振条件h ν ＝ΔE ＝g FμB B0．（6）时，便发生基态超精细塞曼子能级之间的共振跃迁现象．若作用在样品上的是D1σ＋光，对于87Rb来说．是由m F＝＋2跃迁到m F＝＋1子能级．接着也相继有m F＝＋1的原子跃迁到m F＝0，……．与此同时，光抽运又把基态中非m F＝＋2的原子抽运引m F＝＋2子能级上．因此，兴振跃迁与光抽运将会达到一个新的动态平衡．发生磁共振时，处于基态m F＝＋2子能级上的原子数小于未发生磁共振时的原子数．也就是说，发生磁共振时．能级分布布的偏极化程度降低了，从而必然会增大对D1σ＋光的吸收。
磁共振技术实验报告
磁共振技术实验报告【摘要】磁共振指磁矩不为零的物质处于恒定磁场中，由于射频或微波电磁场引起磁能级之间的共振跃迁现象。
本实验主要涉及到磁共振技术中的三个实验，分别为顺磁共振、核磁共振、光磁共振实验，讨论影响实验信号的因素，并分析三种共振实验的特点。
通过顺磁实验主要了解微波顺磁共振的概念和原理，使用微波进行电子顺磁共振实验，计算出原子的g因子；通过核磁共振实验测定有关物理量，认识磁共振的一般特性。
观测核磁共振的测量原理和实验方法；通过光磁共振实验了解掌握光抽运和光检测的原理和实验方法，加深对超精细结构，光跃迁及磁共振的理解，测定铷87及铷85的g因子，地磁场垂直和水平分量。
尽管这些这些磁共振各有特点，但有着共同的原理和方法，因此本实验还有一主要目的是找到他们的发展特点并引发思考技术的未来发展方向。
【关键字】顺磁共振核磁共振光磁共振g 因子【引言】磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。
如果共振是由原子核磁矩引起的, 则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振(简写作NMR)；如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的,则称电子自旋共振(简写ESR),亦称顺磁共振(写作EPR)。
此外，还有以其他物理特征为标志的共振现象，建立在光抽运基础上的光泵磁共振。
尽管这些磁共振各有特点，但有着共同的原理和方法。
【正文】磁共振是在固体微观量子理论和无线电微波电子学技术发展的基础上被发现的。
1945年首先在顺磁性Mn盐的水溶液中观测到顺磁共振，第二年，又分别用吸收和感应的方法发现了石蜡和水中质子的核磁共振；用波导谐振腔方法发现了Fe、Co和Ni薄片的铁磁共振。
1950年在室温附近观测到固体Cr2O3的反铁磁共振。
1953年在半导体硅和锗中观测到电子和空穴的回旋共振。
1953年和1955年先后从理论上预言和实验上观测到亚铁磁共振。
随后又发现了磁有序系统中高次模式的静磁型共振(1957)和自旋波共振(1958)。
光磁共振实验报告
光磁共振实验报告引言：光磁共振是一种基于光与磁场相互作用的实验方法，可以用于研究物质的光学性质和磁学性质。
本实验旨在通过光磁共振实验，探究光与磁场的相互作用效应，以及基于这种相互作用的应用。
一、实验原理1. 光磁共振现象光磁共振是指当光束通过磁场作用区域内的气体或固体样品时，光束的传播速度和偏振状态会发生变化，这种现象被称为光磁共振。
光磁共振的产生是由于光的电磁性质和物质的磁学性质之间的相互作用引起的。
2. 原子的光磁共振原子的光磁共振是指当原子在外加磁场的作用下，吸收或发射特定频率的光线时产生的光磁共振现象。
这种现象是由于原子的能级结构和外加磁场的相互作用导致的。
二、实验步骤1. 准备实验所需材料和设备：光源、光栅、磁场产生装置、光电探测器等。
2. 搭建实验装置：将光源置于适当位置，使光束通过光栅产生多条平行的光束，再通过磁场产生装置，最后经过光电探测器检测光强度。
3. 调节实验参数：调节磁场强度和光束频率等参数，使光磁共振现象得以观察到，并记录各种参数数值。
4. 测量数据：通过改变磁场强度和光束频率，记录光电探测器的输出信号变化，得到光磁共振曲线。
5. 数据分析：根据实验数据，分析光磁共振曲线的特征，探究光磁共振现象的原理和规律。
三、实验结果与讨论通过实验观察和数据分析，我们得到了光磁共振曲线，发现在特定的磁场强度和光束频率下，光电探测器的输出信号会发生明显的变化。
这表明在这些条件下，光与磁场的相互作用达到了最大值，产生了光磁共振现象。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 光磁共振现象是由光与磁场的相互作用引起的，当光束通过磁场作用区域内的物质时，光的传播速度和偏振状态会发生变化。
2. 光磁共振现象的产生与原子的能级结构和外加磁场的相互作用密切相关，只有在特定的磁场强度和光束频率下才能观察到光磁共振现象。
3. 光磁共振现象具有很高的灵敏度和分辨率，可以用于研究物质的光学性质和磁学性质，以及制备高性能光学和磁学材料。
光磁共振实验 实验报告
光泵磁共振蒲阳文161120097一、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。
实验重点：实验装置中磁场的作用。
实验难点：光磁共振的应用—地磁场的测量二、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，…，|L—S|。
铷的基态，轨道量子数L=0，自旋量子数S=1/2，只有J=1/2一个态52S1/2。
铷原子的最低激发态，轨道量子数L=1，自旋量子数S=1/2，则有双重态52P3/2态J=3/2和52P1/2态J=1/2。
已知核自旋I=0的原子的价电子LS耦合后，总角动量P J与原子总磁矩μJ的关系为：μJ=–g J eP J/（2m e）（1）J（J+1）—L（L+1）+S（S+1）g J=1+ ───────────────（2）2J（J+1）但铷原子的核自旋I≠0。
所以核自旋角动量P I与电子总角动量P J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、I=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μF之间的关系（见本实验附录）为：μF=–g F eP F/（2m e）F（F+1）+J（J+1）—I（I+1）g F=g J───────────────（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。
光泵磁共振预习报告
垂直于 的方向所加一圆频率为 的射频场 ，当满足共振条件
（9）
时，塞曼子能级之间将发生磁共振。抽运到基态 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 跃迁到 （当然也有 跃迁到 等等）。
同时由于光抽运的存在，处于基态 子能级上的粒子又将被抽运到 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 子能级上的粒子数比未共振时多（见图3），因此对 光的吸收增大。
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40-55℃。
（1）
（2）
I≠0时，对 ，I = 3/2；对 ，I = 5/2。总角动量F= I+J,…,| I-J |。 基态F有两个值：F = 2及F = 1； 基态有F = 3及F = 2。由F量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量 与总磁矩 之间的关系为：
（3）
（4）
在磁场中原子的超精细结构能级产生塞曼分裂，磁量子数 ＝F, F-1,…,-F，即分裂成2F＋1个能量间隔基本相等的塞曼子能级，如图1所示。
1．在观察光抽运信号时，调节扫场幅度，将抽运信号调节到等高，调好后，固定扫场幅度。
2．在实验过程中应注意区分87Rb、85Rb的共振信号，当水平磁场不变时，频率高的为87Rb共振谱线，频率低的为85Rb的共振谱线。
光磁共振-预习报告
光磁共振预习报告摘要:光磁共振(光泵磁共振)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。
研究的对象是碱金属原子铷。
本实验在加深对原子超精细结构的理解的基础上,掌握以光抽运为基础的光检验测磁共振的方法,学会使用 DH807A 光程实验装置来观察光抽运信号,进而测定铷原子两个同位素的超精细结构塞曼子能级的朗德 g 因子的测量。
气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱，用磁共振的方法难于观察。
本实验应用光抽运、光探测的方法，既保持了磁共振分辨率高的优点。
关键词：光抽送，塞曼能级分裂，偏极化，光磁共振引言：光磁共振由法国物理学家 Kastler 在 1950 年首创的.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. 把光频跃迁和射频磁共振跃迁结合起来 ,由于气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱,用磁共振的方法难于观察.本实验中应用了光探测的方法,既保持了磁共振分辨率高的优点,同时将探测灵敏度提高了几个以至十几个数量级.此方法可用于基础物理研究,在量子频标,精确测定磁场等问题上也都有很大的实际应用价值.由于光磁共振的应用价值, Kastler 获得了 1966 年的诺贝尔奖. 通过实验我们可以了解光泵磁共振的实验原理，加深对铷原子(Rb)超精细结构、光抽运及磁共振的理解。
测量铷（Rb ）原子的g F 因子及地磁场的大小。
正文：1、铷原子基态和最低激发态的能级:铷（Z =37）是一价金属元素，天然铷有两种稳定的同位素: 85Rb 和87Rb,二者的比例接近2比1。
在L —S 耦合下，铷原子的最低激发态仅由价电子的激发所形成，其轨道量子数L =1，自旋量子数S =1/2，电子的总角动量J =L +S 和L -S ，即J =3/2和1/2，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。
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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。
其标记为5²1/2S 。
铷原子最低激发态是3/22P 5及1/22P 5。
1/22P 5态的J=1/2， 3/22P 5态的J=3/2。
5P 于5S 能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第1条线，为双线。
它在铷灯光谱中强度是很大的。
1/22P 5→1/22S 5跃迁产生波长为06.7947A 的1D 谱线,3/22P 5→1/22S 5跃迁产生波长07800A 的2D 谱线。
原子的价电子在LS 耦合中，其总角动量J P 与电子总磁矩J μ的关系为：J JJ P meg 2-=μ ( )1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g JJ g 是郎德因子，J 是电子总角动量量子数，L 是电子的轨道量子数，S 是电子自旋量子数。
核自旋角动量I P 与电子总角动量J P 耦合成原子的总角动量F P , 有I J F P P P +=。
J —I 耦合形成超精细结构能级，由F 量子数标记，F=I+J 、…,|I-J |。
87Rb 的I=3/2,它的基态J=1/2，具有F=2和F=1两个状态。
85Rb 的I=5/2,它的基态J=1/2，具有F=3和F=2两个状态。
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 FF p meg 2-=μ 其中的F g 因子可按类似于求J g 因子的方法算出。
考虑到核磁矩比电子磁矩小约3个数量级，F μ实际上为J μ在F P 方向上的投影，从而得 )1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g jFF g 是对应于F μ与F P 关系的郎德因子。
以上所述都是没有外磁场的情况。
如果原子处在外磁场B 中，由于原子总磁矩μF 与B的相互作用，超精细结构的各能级进一步发生塞曼分裂形成塞曼子能级。
用磁量子数M F 表示，则M F = F ，F -1，……，-F ，即分裂成2F ＋1个子能级，其间隔相等。
Rb 87和Rb 85能级图见图3和图4。
原子的总磁矩μF 与外磁场B的相互作用能为：B M g B P me g B E F B F FF μμ=⋅=⋅-=2 式中μB 为玻尔磁子。
各相邻塞曼子能级的能量差为：B g E B F μ=∆ 1+=∆F M可以看出，ΔE 与B 成正比。
当外磁场为零时，各塞曼子能级将重新简并为原来的能级。
2. 光抽运效应一定频率的光可引起原子能级之间的跃迁。
气态87Rb 原子受+δ1D 左旋圆偏振光照射时，遵守光跃迁选择定则,0=∆F ±1，1+=∆F M 。
在由1/22S 5能级到1/22P 5能级的激发跃迁中，由于+δ光子的角动量为π2/h +,只能产生1+=∆F M 的跃迁。
基态2+=F M 子能级上原子若吸收光子就将跃迁到3+=F M 的状态，但1/22P 5各自能级最高为2+=F M 。
因此基态中2+=F M 子能级上的粒子就不能跃迁，换言之其跃迁几率为零。
由于+δ1D 的激发而跃迁到激发态1/22P 5的粒子可以通过自发辐射退激回到基态。
由1/22P 5到1/22S 5的向下跃迁（发射光子）中，0=∆F M ，1±的各跃迁都是有可的。
当原子经历无辐射跃迁过程从1/22P 5回到1/22S 5 时，则原子返回基态各子能级的概率相等，这样经过若干循环之后，基态2+=F m 子能级上的原子数就会大大增加，即大量原子被“抽运”到基态的2+=Fm 的子能级上。
这就是光抽运效应。
各子能级上原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。
经过多次上下跃迁，基态中的2+=F M 子能级上的原子数只增不减，这样就增大了原子布居数的差别。
这种非平衡分布称为原子数偏极化。
光抽运的目的就是要造成基态能级中的偏极化，实现了偏极化就可以在子能级之间进行磁共振跃迁实验了。
3. 驰豫过程在热平衡条件下，任意两个能级1E 和2E 上的粒子数之比都服从玻耳兹曼分布1/12/K E e N N ∆-=，式中12E E E -=∆是两个能级之差，2,1N N 分别是两个能级1E 、2E 上的原子数目，k 是玻耳兹曼常数。
由于能量差极小，近似地可以认为各子能级上的粒子数是相等的。
光抽运增大了粒子布居数的差别，使系统处于非热平衡分布状态。
系统由非热平衡分布状态趋向于平衡分布状态的过程称为驰豫过程。
促使系统趋向平衡的机制是原子之间以及原子与其它物质之间的相互作用。
在实验过程中要保持原子分布有较大的偏极化程度，就要尽量减少返回玻耳兹曼分布的趋势。
但铷原子与容器壁的碰撞以及铷原子之间的碰撞都导致铷原子恢复到热平衡分布，失去光抽运所造成的碰撞（偏极化）。
铷原子与磁性很弱的原子碰撞，对铷原子状态的扰动极小，不影响原子分布的偏极化。
因此在铷样品泡中冲入10托的氮气，它的密度比铷蒸气原子的密度大6个数量级，这样可减少铷原子与容器以及与其它铷原子的碰撞机会，从而保持铷原子分布的高度偏极化。
此外，处于1/22P 5的原子须与缓冲气体分子碰撞多次才能发生能量转移，由于所发生的过程主要是无辐射跃迁，所以返回到基态中八个塞曼子能级的几率均等，因此缓冲气体分子还有利于粒子更快的被抽运到2+=F M 子能级的过程。
4．塞曼子能级之间的磁共振因光抽运而使Rb 87原子分布偏极化达到饱和以后，铷蒸气不再吸收D 1σ+光，从而使透过铷样品泡的D 1σ+光增强。
这时，在垂直于产生塞曼分裂的磁场B 的方向加一频率为ν的射频磁场，当ν和B 之间满足磁共振吸收条件时B g h B F μν= ⑺ 在塞曼子能级之间产生感应跃迁，称为磁共振。
跃迁遵守选择定则 ΔF = 0 ， ΔM F = ±1铷原子将从M F=＋2的子能级向下跃迁到各子能级上，即大量原子由M F=＋2的能级跃迁到M F=＋1，见图6。
以后又跃迁到M F= 0，M F=＋2等各子能级上。
磁共振破坏了原子分布的偏极化，但同时原子又继续吸收入射的D1σ+光而进行新的抽运，而透过样品泡的光变弱了。
随着抽运过程的进行，粒子又从M F=―2，―1，0，＋1各子能级被抽运到M F=＋2的子能级上。
随着粒子数的偏极化，透射光再次增强。
这样，光抽运与感应磁共振跃迁达到一个动态平衡。
由于光跃迁速率比磁共振跃迁速率大几个数量级，因此光抽运与磁共振的过程可以连续地进行下去。
Rb85有类似的情况，只是D1σ+光将Rb85抽运到基态M F= ＋3的子能级上，在共振时又跳到M F= ＋2，＋1，0，―1，―2，―3等子能级上。
在实验时，射频（场）频率ν和产生塞曼分裂的磁场B，两者可以固定一个改变一个，以满足磁共振条件⑸式。
改变频率称“扫频法”，改变磁场称“扫场法”。
本实验装置采用“扫场法”，亦可使用“扫频法”。
5.光探测投射到铷样品泡上的D1σ+光，一方面起光抽运的作用，另一方面，透射光的强弱变化反映样品物质的光抽运过程和磁共振过程的信息，因此又可以兼作探测光，用以观察光抽运和磁共振。
这样，对铷样品加一射频场（同时存在着使铷原子产生塞曼分裂的磁场），用D1σ+光照射铷样品泡，并探测透过样品泡的光强，就实现了光抽运——磁共振——光探测的全过程。
在探测过程中，射频（106Hz）信息转换成了频率高的光频（1014Hz）光子的信息，这样就使信号功率大大提高了。
二、实验内容1．光抽运信号的观察扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。
再将指南针置于吸收池上边，设置扫场方向与地磁场方向相反，然后拿开指南针。
预置垂直场电流为0.07A左右。
用来抵消地磁场分量。
然后旋转偏振片的角度、调节扫场幅度及垂直场大小和方向，使光抽运信号幅度最大。
再仔细调节光路聚焦，使光抽运信号幅度最大。
图1（扫场波形中要加电场为零的纵轴线）铷样品泡开始加上方波扫场的一瞬间，基态中各塞曼子能级上的粒子数接近热平衡，即各子能级上的粒子数大致相等。
因此这一瞬间有总粒子数7/8的粒子在吸收+δ1D 光，对光的吸收最强。
随着粒子逐渐被抽运到M F =+2子能级上，能吸收σ+的光粒子数减少，透过铷样品泡的光逐渐增强。
当抽运到M F =+2子能级上的粒子数达到饱和时，透过铷样品泡的光达到最大且不再变化。
当磁场扫过零（指水平方向的总磁场为零）然后反向时，各塞曼子能级跟随着发生简并随即再分裂。
能级简并时铷的子分布由于碰撞等导致自旋方向混杂而失去了偏极化，所以重新分裂后各塞曼子能级上的粒子数又近似相等，对+δ1D 光的吸收又达到最大值，这样就观察到了光抽运信号，如图1。
4．测量g F 因子为了研究原子的超精细结构，测准g F 因子时很有用的。