南京大学_光磁共振实验报告
核磁实验报告结果(3篇)
第1篇实验名称：核磁共振实验实验日期： 2023年10月15日实验地点：核磁共振实验室实验仪器：核磁共振谱仪、示波器、射频发射器、探头、样品等实验目的：1. 了解核磁共振的基本原理及其在物质结构分析中的应用。
2. 学习核磁共振谱图的解析方法。
3. 掌握核磁共振实验的基本操作流程。
实验原理：核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是利用具有磁矩的原子核在外加磁场中吸收特定频率的射频能量，产生共振现象的一种技术。
通过分析共振信号，可以获得有关原子核的性质和周围环境的信息。
实验内容：1. 样品准备：选取实验样品，并将其置于核磁共振谱仪的样品管中。
2. 磁场调节：调节核磁共振谱仪的磁场强度，使其与样品中原子核的进动频率相匹配。
3. 射频发射：发射特定频率的射频脉冲，激发样品中的原子核。
4. 信号采集：利用示波器采集原子核的共振信号。
5. 数据分析：对采集到的信号进行分析，解析核磁共振谱图。
实验结果：1. 核磁共振谱图：- 通过核磁共振谱图，观察到样品中存在多种化学环境不同的氢原子核。
- 谱图中峰的位置、形状和强度反映了不同化学环境中氢原子核的性质。
2. 化学位移：- 化学位移是核磁共振谱图中峰的位置，反映了原子核周围电子云的密度。
- 通过化学位移，可以确定不同化学环境中氢原子核的种类和数量。
3. 自旋耦合：- 自旋耦合是指相邻化学环境中氢原子核之间的相互作用，表现为谱图中峰的分裂。
- 通过自旋耦合，可以确定分子中相邻原子核之间的关系。
4. 峰面积：- 峰面积反映了不同化学环境中氢原子核的数量。
- 通过峰面积，可以确定分子中不同化学环境的氢原子核的比例。
讨论与分析：1. 核磁共振谱图分析：- 根据核磁共振谱图，可以确定样品中存在的有机物结构。
- 通过比较谱图与标准谱图，可以确定有机物的种类和含量。
2. 化学位移分析：- 化学位移可以提供有关样品中氢原子核周围电子云密度和化学环境的信息。
实验报告核磁共振实验
实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是通过对样品的核磁共振现象进行观测和分析，深入理解核磁共振的基本原理，掌握核磁共振仪器的操作方法，以及学会如何利用核磁共振技术获取物质的结构和性质信息。
二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是指处于外磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波照射时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。
原子核具有自旋角动量和磁矩，当它们处于外加磁场中时，会产生不同的能级分裂。
在射频场的作用下，当射频场的频率与原子核在磁场中的进动频率相等时，就会发生共振吸收，从而产生核磁共振信号。
对于氢原子核（质子），其自旋量子数为 1/2，在外加磁场中会产生两个能级。
核磁共振的频率与外加磁场强度之间存在着一定的关系，即：ω ＝γB其中，ω 为射频场的角频率，γ 为核的旋磁比，B 为外加磁场强度。
通过测量核磁共振信号的频率和强度，可以获得关于原子核所处化学环境、分子结构等方面的信息。
三、实验仪器与试剂1、核磁共振仪：包括磁铁、射频发生器、探头、信号接收和处理系统等。
2、样品管：用于容纳待测样品。
3、标准样品：如四甲基硅烷（TMS）。
4、待测样品：如乙醇、乙酸等。
四、实验步骤1、仪器准备打开核磁共振仪电源，预热一段时间，使其达到稳定工作状态。
调节磁场强度和匀场，使磁场均匀性达到最佳。
2、样品制备将标准样品和待测样品分别装入样品管中。
确保样品管内无气泡，且样品量适当。
3、仪器参数设置设置射频频率、扫描宽度、扫描时间等参数。
4、数据采集将样品管放入探头中，启动数据采集。
观察核磁共振信号的出现，并记录相关数据。
5、数据处理对采集到的数据进行处理，如基线校正、积分、峰位确定等。
根据标准样品的峰位，对待测样品的化学位移进行校准。
五、实验结果与分析1、乙醇的核磁共振谱观察到乙醇分子中不同类型氢原子的共振峰。
甲基氢的化学位移约为12 ppm，亚甲基氢的化学位移约为37 ppm，羟基氢的化学位移约为 53 ppm。
光磁共振实验(revise)
h 3 g F B ( BDC BS B e⁄⁄)
(6)
4/7
光磁共振实验
图 6 测量地磁场水平分量时光磁共振信号图像
由（2）式加（6）式得：
Be⁄⁄= 三、实验仪器
h( 1 3 ) 2g F B
（7）
本实验系统由主体单元、主电源、辅助源、射频信号发生器及示波器五部分组成。见图 2：
光磁共振实验
一、实验目的 1．了解光泵磁共振的原理，观察光磁共振现象; 2． 测量铷（Rb）原子的 g F 因子（和地磁场）. 二、实验原理 1． 光磁共振的概念 光磁共振，是把光频跃迁和射频磁共振跃迁结合起来的一种物理过程, 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。 2． 光抽运效应 处于磁场环境中的铷原子对 D1σ+光的吸收遵守如下的选择定则： L 1， F 1,0 ， M F 1 根据这一选择定则可以画出吸收跃迁图，如图 1 所 示 5S 能级中的 8 条子能级除了 MF=+2 的子能级 外， 都可以吸收 D1σ+光而跃迁到 5P 的有关子能级， MF=+2 的子能级上的原子既不能往高能级跃迁也没 有条件往低能级跃迁，所以这些原子数是不变的； 另一方面，跃迁到高能级的原子通过自发辐射等途 径很快又跃迁回 5S 低能级，发出自然光，跃迁选 择定则是： ， 相应的跃迁见图 1 的右半部分。 ， 退激跃迁中有一部分的状态变成了 5S 能级中的 MF=+2 的状态（而这一部分原子是不会吸收光再跃 迁到 5P 去的，那些回到其它 7 个子能级的原子都 图 1 87Rb 原子对 D1σ+光的吸收和自发辐射跃迁 可以再吸收光重新跃迁到 5P 能级） 。这样经过若干 循环之后， 5S 态中 M F 2 子能级上的粒子数就会越积越多（而其余７个子能级上的原子数越来越少） ， 即大量粒子被“抽运”到基态的 MF=+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。 3． 光磁共振跃迁 持续的光抽运，样品对 D1σ+光的吸收越来越弱，透过样品的光强度逐渐增加，当 M F 2 子能级上的 粒子数达到饱和，透过样品的光强达到最大值。 在“粒子数反转”后，如果在垂直于静磁场 B 和垂直于光传播方向上加一射频振荡的磁场，并且调整 射频频率 ，使之满足 h g F B B （1） 这时将出现“射频受激辐射” ，在射频场的扰动下，处于 MF=+2 子能级上的原子会放出一个频率为 ν、 方向和偏振态与入射量子完全一样的量子而跃迁到 MF=+1 的子能级，MF=+2 上的原子数就会减少；同样， MF=+1 子能级上的原子也会通过“射频受激辐射”跃迁到 MF=0 的子能级上„如此下去，5S 态的上面 5 个子 能级很快就都有了原子，于是光吸收过程重又开始，光强测量值又降低；跃迁到 5P 态的原子在退激过程中 可以跃迁到 5S 态的最下面的 3 个子能级上，所以，用不了多久，5S 态的 8 个子能级上全有了原子。由于此 时 MF=+2 子能级上的原子不再能久留，所以，光跃迁不会造成新的“粒子数反转” 。 通过以上的分析得到了如下的结论： 处于静磁场中的铷原子对偏振光 D1σ+的吸收过程能够受到一个射频信号的控制，当没有射频信号时， 铷原子对 D1σ+光的吸收很快趋于零，而当加上一个能量等于相邻子能级的能量差的射频信号（即公式（ 1）
光磁共振_精品文档
光磁共振1. 实验目的1.1. 掌握光抽运、磁共振、光检测的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子能 级间的磁共振。
1.2. 测定铷同位素Rb 87和Rb 85的ｇF 因子，测定地磁场。
2. 实验仪器实验仪器包括：光（泵）磁共振实验仪、射频信号发生器、数字频率计、二通道型数字存储示波器、直流数字电压表等。
其中，光（泵）磁共振实验仪由主体单元和辅助源两部分组成。
主体单元是实验的核心部分，基本结构如图6-1所示。
图6-1 光（泵）磁共振实验仪主题单元示意图3. 实验原理3.1. 铷原子的超精细结构及其塞曼分裂铷是一价碱金属原子、天然铷中含有两种同位素： Rb 87和Rb 85。
根据LS 耦合产生精细结构，它们的基态是52S 1/2，最低激发态是52P 1/2和52P 3/2的双重态。
对Rb 87,52P 1/2--52S 1/2跃迁为D 1线(7948Åλ=)，52P 3/2-52S 1/2为D 2线(7200Åλ=)。
铷原子具有核自旋I ，相应的核自旋角动量为PI ，核磁矩为μI 。
在弱磁场中要考虑核自旋角动量的耦合，即PI 和PJ 耦合成总角动量PF ，F 为总量子数：F=I ＋J ．…，|I-J|。
对Rb87，I=3/2，因此Rb87的基态有两个值：F=2和F=1。
对Rb85，I=5/2，因此85Rb 的基态有F ＝3和F ＝2。
由量子数F 标定的能级称为超精细结构能级。
原子总角动量F P 与总磁矩F μ之间的关系2F FF eg P mcμ=- (6-1) 其中()()()()F F 1J J 1I I 1g =g 2F F 1F J+++-++ (6-2)当非磁性物质铷原子处于弱的外磁场B 中时，铷原子获得附加的能量F m F F F B E m g B μ=-⋅=μB (6-3)其中B μ为玻尔磁子，F m 为磁量子数，共有21F +个数值,1,...,F m F F F =--因此，对应于总量子数F 的超精细结构能级分裂成21F +个塞曼子能级。
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。
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 =。
南京大学 光磁共振实验报告
光磁共振引言
实验目的
实验原理
实验装置
实验内容
经过我们的测量以及计算实验结果
1、地磁场垂直分量
垂直线圈电压:
1.48V；
磁感应强度
B地垂直=1.71*10-5T。
2、铷原子基态朗德因子gf和核自旋量子数I
水平线圈电压:
6.53V,
对应磁感应强度
B水平=1.235*10-4T。
(1)Rb85
V1=945.7kHz,
V2=290.2kHz,
与B水平对应的频率
v=617.95kHz,
g f=0.36，
I=2.27。
(2)Rb87
V1=1415.5kHz,
V2=425.7kHz,
与B水平对应的频率
v=920.6kHz,
g f=0.53，
I=1.39。
3、地磁场水平分量和倾角
水平线圈电压:
6.53V,
对应磁感应强度
B水平=1.235*10-4T。
(1)Rb85
V3=654.0kHz，
与B地水平对应的频率v=145.85kHz，
B地水平=2.90*10-5T。
(2)Rb87
V3=989.9kHz，
与B地水平对应的频率
v=212.8kHz，
B地水平=2.87*10-5T。
取平均值
B地水平=2.88*10-5T。
之前已测得
B地垂直=1.71*10-5T，
所以B地=3.35*10-5T，
tanθ=0.59.
注意事项
思考题
参考文献。
实验报告_光磁共振(样例)
这时将出现“射频受激辐射”，在射频场的扰动下，处于子能级上的原 子会放出一个频率为ν、方向和偏振态与入射量子完全一样的量子而跃 迁到的子能级，上的原子数就会减少；同样，子能级上的原子也会通 过“射频受激辐射”跃迁到MF=0的子能级上……如此下去，5S态的上面
四、【实验内容或步骤】
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 需30分钟温度稳定，按下工作键，此时铷灯应发出攻 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 达光电池的光通量最大。 (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。
在有外磁场B的情况下，总磁矩将与外场相互作用，由于总磁矩与磁场B 的相互作用，超精细结构中的各能级会进一步发生塞曼分裂，形成塞曼 子能级，使原子产生附加的能量：
其中称为玻尔磁子，ＭＦ＝－Ｆ，－Ｆ＋１，…Ｆ－１，Ｆ，共有２Ｆ ＋１个值。我们看到，原子在磁场中的附加能量Ｅ随ＭＦ变化，原来对 ＭＦ简并的能级发生分裂，
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。 (2)不开射频振荡器，扫场选择" 方波”，调节扫场的大小和方向， 使扫场与地磁场的 水平分量相反，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。
实验（ ）
光磁共振
一、【实验目的】
1. 加深原子超精细结构的理解，了解光泵磁共振的基本
原理；
实验报告核磁共振实验
实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是通过实际操作和观察，深入了解核磁共振现象的原理和应用，掌握核磁共振技术的基本操作方法，测量样品的核磁共振参数，并分析实验结果。
二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中，由射频电磁场引起的共振跃迁现象。
在磁场中，原子核会发生能级分裂，当射频电磁场的频率与原子核的进动频率相匹配时，就会发生共振吸收，从而产生核磁共振信号。
对于氢原子核（质子），其进动频率与磁场强度成正比，可表示为：＼＼omega ＝＼gamma B＼其中，＼（＼omega\）为进动频率，＼（＼gamma\）为旋磁比，是原子核的固有特性，＼（B\）为磁场强度。
通过测量共振时的射频频率和磁场强度，可以计算出样品中原子核的旋磁比、化学位移等参数，从而获取样品的分子结构和化学环境等信息。
三、实验仪器与材料1、核磁共振仪：包括磁场系统、射频发射与接收系统、数据采集与处理系统等。
2、样品：本次实验使用的是含氢的有机化合物样品，如乙醇、乙酸等。
四、实验步骤1、样品准备将适量的样品装入核磁共振样品管中，确保样品均匀分布。
2、仪器调试打开核磁共振仪，预热一段时间，使其达到稳定工作状态。
调节磁场强度，使其达到预定值。
校准射频频率，使其与磁场强度匹配。
3、数据采集启动数据采集程序，逐渐改变射频频率，观察核磁共振信号的变化。
当出现共振信号时，记录下此时的射频频率和信号强度。
4、数据处理对采集到的数据进行处理，如滤波、基线校正等，以提高数据质量。
根据处理后的数据，计算样品的核磁共振参数，如化学位移、自旋自旋耦合常数等。
五、实验结果与分析1、共振频率的测量实验中，分别测量了不同样品的共振频率。
例如，乙醇在给定磁场强度下的共振频率为______MHz。
2、化学位移的分析通过比较不同样品中氢原子核的共振频率差异，可以计算出化学位移。
磁光调制实验报告Word版
磁光调制实验报告课程：_____光电子实验_____学号：姓名：专业：信息工程南京大学工程管理学院磁光调制实验报告一、实验目的1 观察磁光调制现象2 测量调制深度与调制角幅度3测定旋光角与外加磁场的关系4 测量直流磁场对磁光介质的影响5 磁光调制与光通讯实验演示二、实验原理1 磁光效应当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表明其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即：θ (1)=vlB式中l为光波在介质中的路径，ν为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德（Verdet）常数。
由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能性磁光器件，其中磁光调制为其最典型的一种。
图1 磁光效应示意图如图1所示，在磁光介质的外围加一个励磁线圈就构成基本的磁光调制器件。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面时，偏振光的光强I可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L和右旋圆偏振光I R（两者旋转方向相反）。
由于介质对两者具有不同的折射率n L 和n R ，当它们穿过厚度为l 的介质后分别产生不同的相位差，体现在角位移上有：l n L L λθ=l n R R λθ=式中λ为光波波长 R L()()l n n R L R L ⨯-=-=λθθθ2 ( 2 ) ()R L B ，即可得（1）式，并由值与测得的B 与l 求出威德尔常数υ。
图2 入射光偏振面的旋转运动3 交流磁光调制用一交流电信号对励磁线圈进行激励，使其对介质产生一交变磁场，就组成了交流（信号）磁光调制器（此时的励磁线圈称为调制线圈），在线圈未通电流并且不计光损耗的情况下，设起偏器P 的线偏振光振幅为A 0，则A 0可分解为A 0 cos α及A 0 sin α两垂直分量，其中只有平行于P 平面的A 0 cos α分量才能通过检偏器，故有输出光强cos )cos (I A I ==（马吕斯定律）A I =式中α为起偏器P 与检偏器A 主截面之间的夹角，I 0为光强的幅值，当线圈通以交流电信号i=i 0 sin ωt 时，设调制线圈产生的磁场为B=B 0 sin ωt ，则介质相应地会产生旋转角θ=θ0 sin ωt ，则从检偏器输出的光强为：[][])sin (2cos 12)(2cos 12)(cos 00020t I I ωθαθαθα++=++=+= （3） 由此可知光输出可以是调制波的倍频信号。
大学核磁共振实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解核磁共振（NMR）的基本原理及其在化学、物理、医学等领域的应用。
2. 掌握核磁共振谱仪的基本操作方法，包括样品准备、参数设置、数据采集与分析。
3. 通过实验，学会利用核磁共振技术分析有机化合物的结构。
二、实验原理核磁共振是原子核在外加磁场中，受到射频脉冲照射时，其磁矩发生进动而产生的现象。
当射频脉冲的频率与原子核的进动频率相等时，原子核会吸收射频能量，从而产生核磁共振信号。
实验中，通过改变射频脉冲的频率和强度，可以观察到不同化学环境下的原子核的共振信号。
根据共振信号的化学位移、耦合常数等参数，可以确定有机化合物的结构。
三、实验仪器与材料1. 核磁共振谱仪（NMR）2. 样品：有机化合物3. 实验室常用试剂与仪器四、实验步骤1. 样品准备：将有机化合物溶解于适当的溶剂中，配制成一定浓度的溶液。
2. 样品放置：将配制好的溶液倒入样品管中，放置在NMR谱仪的样品管架上。
3. 参数设置：根据样品的化学性质，设置合适的射频频率、磁场强度、扫描速度等参数。
4. 数据采集：启动NMR谱仪，开始采集数据。
5. 数据分析：利用NMR谱仪自带的分析软件，对采集到的数据进行分析，确定有机化合物的结构。
五、实验结果与分析1. 化学位移：根据实验数据，计算不同化学环境下的氢原子和碳原子的化学位移值。
2. 耦合常数：根据实验数据，计算不同化学环境下的氢原子和碳原子的耦合常数值。
3. 核磁共振谱图解析：根据化学位移和耦合常数，确定有机化合物的结构。
六、实验结论通过本次实验，我们掌握了核磁共振谱仪的基本操作方法，学会了利用核磁共振技术分析有机化合物的结构。
实验结果表明，核磁共振技术在有机化合物结构分析中具有广泛的应用前景。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免触电、烫伤等事故。
2. 样品准备过程中，注意样品的纯度和浓度，确保实验结果的准确性。
3. 数据采集过程中，注意参数设置，确保实验结果的可靠性。
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。
光磁共振实验报告
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、分子能级的超精细结构；3. 测定铷同位素87Rb 和85Rb 的g F 因子，测定地磁场的水平分量；一． 实验原理（一）．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。
电子还具有自旋，电子自旋量子数S=1/2。
85Rb 和87Rb 的基态都是52s 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SL 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：JJ J P m eg 2-=μ (1) )1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J (2)Jg 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。
核具有自旋和磁矩。
核磁矩与上述电子总磁矩之间相互作用造成能级的附加分裂。
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。
《光磁共振》报告
光磁共振引言光磁共振技术是20世纪50年代由法国物理学家卡斯特勒（A.Kastlor ）提出的。
该技术是将光抽运与射频磁共振相结合的一种双共振过程。
气体原子塞曼子能级能量差极小，磁共振信号极弱，难于探测，采用光探测原子对入射光的吸收，获得了磁共振信号。
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。
实验原理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，天然铷中含有两种同位素：Ｒb 87和Ｒb 85。
根据LS 耦合产生精细结构，它们的基态是52Ｓ1／2，最低激发态是52Ｐ1／2和52Ｐ3／2的双重态。
对Ｒb 87， 52Ｐ1／2—52Ｓ1／2跃迁为Ｄ1线（λ1＝7948A ）；52Ｐ3／2—52Ｓ1／2为Ｄ2线（λ2＝7200A ）。
铷原子具有核自旋I ，相应的核自旋角动量为ＰI ，核磁矩为μI 。
在弱磁场中要考虑核自旋角动量的耦合，即ＰI 和ＰJ 耦合成总角动量ＰF ，F 为总量子数：F ＝I ＋Ｊ，…，｜I －Ｊ｜。
对Ｒb 87，I ＝3／2，因此Ｒb 87的基态有两个值：F ＝2和F ＝1。
对Ｒb 85， I ＝5／2，因此ＲB 85的基态有F ＝3和F ＝2。
由量子数F 标定的能级称为超精细结构能级。
原子总角动量ＰF 与总磁矩μF 之间的关系为：2=-F FF eu g P m (1)(1)(1)2(1)F J F F J J I I g g F F +++-+=+ 在磁场Ｈ中，原子的超精细能级产生塞曼分裂。
对某－F 值，磁量子数ＭF ＝F ，…，－F ，即分裂为2F ＋1个能量间距相等（ΔＥ＝ｇF μB Ｈ，μB 为玻尔磁子）的塞曼子能级（见图3.2-1）。
在热平衡条件下，原子在各能级的布居数遵循玻尔兹曼分布（Ｎ＝Ｎ0ｅ－E ／kT ），由于基态各塞曼子能级的能量差极小，故可认为原子均衡地布居在基态各子能级上。
实验报告核磁共振实验
实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是深入了解核磁共振现象，掌握核磁共振的基本原理和实验方法，通过对样品的测试分析，获取有关样品分子结构和物理化学性质的信息。
二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是指处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。
原子核具有自旋的特性，自旋会产生磁矩。
在没有外加磁场时，原子核的磁矩方向是随机的。
当置于外加静磁场中时，原子核的磁矩会取向于特定的方向，分为与磁场平行和反平行两种状态。
平行时能量较低，反平行时能量较高。
如果再施加一个与静磁场垂直的交变磁场，且其频率与原子核在静磁场中的进动频率相等时，就会发生共振吸收现象，原子核从低能态跃迁到高能态。
这个共振频率与原子核的种类、所处的化学环境以及外加磁场强度有关。
通过测量共振时吸收的能量和频率，可以得到关于原子核及其所处环境的信息。
三、实验仪器与试剂1、核磁共振仪：包括超导磁体、射频发射与接收系统、控制台等。
2、样品管：用于容纳测试样品。
3、测试样品：例如某种有机化合物溶液。
四、实验步骤1、样品制备准确配制一定浓度的样品溶液，确保溶液均匀无沉淀。
将样品溶液装入样品管中，注意避免气泡产生。
2、仪器调试开启核磁共振仪，预热一段时间，使其达到稳定工作状态。
调节磁场强度和射频频率，使其达到实验所需的条件。
3、样品测试将装有样品的样品管放入仪器的检测区域。
启动测试程序，记录核磁共振信号。
4、数据处理对获得的核磁共振信号进行处理，例如傅里叶变换，以得到频谱图。
分析频谱图中的峰位置、峰强度和峰形等信息。
五、实验结果与分析1、频谱图分析观察到了多个明显的共振峰，每个峰对应着样品中不同化学环境的原子核。
通过峰的位置可以确定原子核的化学位移，化学位移反映了原子核周围电子云的密度和化学键的特性。
2、峰强度分析峰的强度与相应原子核的数量成正比，可以用于定量分析样品中不同组分的含量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光磁共振(大学物理学院 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 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 n P +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 =。
22132255P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=)；22332255P S →的跃迁产生光谱线2D 线（2780.0nm λ=）。
本实验观测与1D 线有关的能级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。
通常原子核也具有角动量，记原子核的总角动量为P ，它是核中质子和中子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和，核的总角动量的数值I P =，通常也称为核自旋，其中I 称为核的自旋量子数，I 为整数或半整数，已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。
核的总角动量I P 的最大可测的分量值为I 。
当0I ≠时，原子核的总磁矩为2I II I N Peg P g m μ== 朗德因子I g 的具体数值还没法由其它量子数算出来，只能由实验测定。
2m N Peμ=称为核磁子，质子质量是电子质量的1836倍，因此核磁子N μ比波尔磁子-4(0.578810/)2B eeeV T m μ=≈⨯小三个数量级。
原子核总角动量IP 和电子总角动量J P 耦合（称为IJ 耦合）成原子总角动量F P ，其数值F P =，F 为原子总角动量：F=I+J ，I+J-1，⋅⋅⋅，I J -。
F 不同取值的个数为21(I J I +≤当）或2+1()J J I ≤当。
从而原子的超精细结构能级细分为由总量子数F 标定的超精细结构能级。
天然铷中主要含有两种同位素：8785Rb Rb 和，其含量分别约为28％和78％。
提纯后的8785Rb Rb 和非常昂贵，本实验使用天然铷，既可以同时观测两种铷原子的光磁共振现象，又大大降低实验器材费用。
原子的基态2125S 和第一激发态2125P 都分成两个超精细结构能级，对87Rb 而言，I=1.5，分别由量子数F=I+J=2和F=I-J=1来表征；而对85Rb ，I=5/2，则由F=3和F=2来表征。
原子总角动量F P 与原子总磁矩F μ之间的关系为：2F FF eeg P m μ=- (1)(1)(1)2(1)F J F F J J I I g g F F +++-+=+导出上面两个式子时本应包含两项，分别与I J μμ和有关，由于跟I μ有关的项比跟J μ有关的另一项要小得多，因此被略去了。
在弱的外磁场中，由于磁场较弱未能破坏耦合，必须考虑原子核的总角动量和原子核的总磁矩的影响，用ＩＪ耦合后的F P 和F μ作为原子的总角动量和总磁矩。
本实验中作为非磁性物质的铷原子处于弱磁场B （通常表征磁场的物理量，在非磁性物质中和磁性物质的外部用磁感应强度B ，再磁性物质部用磁场强度H ）中，铷原子获得附加的能量F m F F F B E B m g B μμ=-=，其中B μ为波尔磁子，磁量子数,1,,F m F F F =--，共2F+1个数值，因此对应于总量子数Ｆ的超精细结构能级分裂成2F+1个塞曼子能级。
相邻子能级之间的数量差均为1F F m m F B E E E g B μ--==。
当外磁场Ｂ＝０时，塞曼子能级简并为超精细结构能级。
铷原子的能级如下图所示，图1 铷原子能级铷原子87Rb 和85Rb 的基态2125S 和第一激发态2125P 的朗德因子F g 和相邻塞曼子能级FE g μ=E16B B μ 12B B μ E 理论值13B B μ g在热动平衡条件下，原子在各能级的分布数遵循波尔兹曼分布0exp(/)N N E kT =-，由于基态各塞曼子能级的能量差很小，故可认为原子均衡地分布在基态各塞曼子能级上。
如果在引起超精细结构能级分裂的弱磁场的垂直方向上加一个射频磁场，当射频光子能量等于基态2125S 相邻塞曼子能级的能量间隔E 时，FB h g B νμ=，会诱导产生这些字能级间的磁共振跃迁，当一个原子发射一份射频光子能量，向下跃迁到相邻塞曼子能级上，但是宏观上没有电磁能量的净吸收或净发射，因而无法从实验上检测出这种磁共振跃迁。
若要从实验上检测出磁共振跃迁必须在基态塞曼子能级之间造成显著的粒子数差。
光抽运现象就起到这样的作用。
2.圆偏光对铷原子的光抽运效应以铷光谱灯发射的1D 光入射到铷蒸气原子样品上时，会产生原子在基态2125S 的塞曼子能级与第一激发态2125P 的塞曼子能级之间的跃迁，这种光跃迁起作用的是光的电场部分，必须满足能量守恒和角动量守恒，其选择定则为1,0,1,0,1F L F m =±=±=±。
如果用的是1D σ+光，它是电场矢量绕磁场方向左旋的圆偏光，在磁场方向，角动量为+，它与原子相互作用时，原子不仅吸收光子的能量，也吸收光子的角动量。
原子的角动量增加了+，因而只能发生1F m =+的跃迁。
由于87Rb 的基态2125S 和第一激发态2125P 的F m 最大值都是＋２，基态2125S 中2F m ≠+的塞曼子能级上的原子跃迁到激发态2125P 的允许子能级上，而处于基态的2F m =+子能级上的原子不能跃迁，否则违反了选择定则。
原子从2125P 态会发射光子自发退激返回基态2125S ，这是无辐射跃迁，按选择定则0,1F m =±，以同样的概率返回基态各子能量，从而使得基态的2F m =+子能级上的原子数增加。
经过若干次激发和退激后，基态的2F m =+子能级上的原子数大大增加，好像基态的2F m ≠+的较低子能级上的大量原子被“抽运”到基态基态的2F m =+的子能级上，造成粒子数反转，这就是光抽运效应（亦称“光泵”）。
光抽运造成原子的非平衡分布，随着基态的2F m ≠+子能级上原子数的减少，87Rb 原子对光的吸收减弱，直至饱和不再吸收。
F m 的每一个数只代表原子总磁矩F μ在磁场中的一种取向，光抽运的结果使得所有原子磁矩从各个量子化方向的均匀取向变成只有2F m =+方向的取向，样品获得净磁化，称为“偏极化”。
外加恒磁场下光抽运的目的就是要造成基态子能级的偏极化，使得基态子能级间的磁共振跃迁得以实现。
1D σ-光（电场矢量绕磁场方向右旋的圆偏光，在磁场方向，角动量为-）也有光抽运作用，不过它的作用跟1D σ+光正好相反，将大量原子“抽运”到基态的2F m =-的子能级上。
当用π光（电场矢量与磁场方向平行的线偏振光，在磁场方向，角动量为零），87Rb 原子对光有强的吸收，由于0F m =，没有光抽运效应。
对于85Rb 原子，基态2125S 和激发态2125P 的F m 最大值都是＋３，用1D σ+或1D σ-做光抽运时，原子则被抽运到基态的3F m =±的子能级上。
3.弛豫过程原子系统由非热平衡的偏极化状态趋向于热平衡分布状态的过程称为弛豫过程。
它主要是由于铷原子与容器壁碰撞，以及原子之间的碰撞，使系统返回到热平衡的波尔兹曼分布，及基本上是均衡分布。
系统的偏极化程度取决于光抽运和弛豫过程相互竞争的结果。
为使偏极化程度高，可采用加大光强以提高光抽运效率，选择合适的温度以合理控制原子密度，充压强约１３３３Ｐａ（１０ｍｍＨｇ柱）的磁性很弱的缓冲气体，由于缓冲气体分子与铷原子的碰撞对铷原子能态的影响很小，而缓冲气体的密度比铷蒸气原子的密度高６个数量级，这将大大减小铷原子与器壁的碰撞机会，加快偏极化的进程，并能较长时间保持铷原子高度的偏极化。
4.基态塞曼子能级之间的射频磁共振光抽运造成偏极化，光呼吸停止。
这时若在垂直于弱磁场B 的方向上加一个频率为υ的右旋圆偏振（σ-）射频场，并使辐射光子能量h ν等于基态2125S 的Ｆ＝２的相邻塞曼子能级间能量间距：F B h E g B νμ==则基态2125S 的Ｆ＝２的塞曼子能级之间将产生磁共振，使得被抽运到2F m =+子能级的原子产生感应诱导跃迁，跃迁的选择定则为0,1F F m ==±。
从F m ＝＋２子能级依次跳到1,0,1,2F m =+--等子能级，结果使原子趋向均衡分布，破坏了偏极化，由于抽运光1D σ+的存在，光抽运过程也随之出现。
这样，感应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。
产生磁共振时除能量守恒外还需要角动量守恒。
频率为ν的射频场是加在垂直于恒定水平磁场方向的线偏振场，此线偏振场可分解为一右旋和一左旋圆偏振场，此线偏振场可分解为一右旋和一左旋圆偏振场，为满足角动量守恒，只是与原子磁矩作拉莫近动同向的那个圆偏振场起作用。
例如当用1D σ+光照射时，起作用的是角动量为-的右旋偏振（σ-）射频场。
5.光探测磁共振的感应跃迁信号是很微弱的，特别是对于密度非常低的气体样品的信号就更加微弱，由于探测功率正比于频率，直接观测是困难的。
为此利用射到样品上的1D σ+光，它一方面起光抽运的作用，另一方面透过样品的光兼作探测光，及一束光起了抽运与探测两个作用。