光泵磁共振概述课件.pptx
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- 磁共振 概述 课件
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1、背景简介背景简介 二十世纪五十年代初期,AKastler等人发展光抽运(Optical Pumping)技术,1966年,AKastler 由于在这方面的贡献而荣获诺贝尔奖。光抽运是用圆偏光束激发气态原子的方法以打破原子在所研究的能级间玻耳兹曼热平衡分布,造成所需的布居数差,从而在低浓度的条件下提高了共振强度。在相应频率的射频场激励下,可观察到磁共振信号。在探测磁共振信号方面,不直接探测原子对射频量子的发射或吸收,而是采用光探测的方法,探测原子对光量子的发射吸收。由于光量子的能量比射频量高七八个数量级,所以探测信号的灵敏度得以提高。第1页/共24页光泵磁共振实验光泵磁共振实验实验目的实验目的实
2、验仪器实验仪器思考问题思考问题实验原理实验原理实验内容实验内容数据处理数据处理注意事项注意事项第2页/共24页实验目的实验目的 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。第3页/共24页实验仪器实验仪器图1 仪器组成框图图2 主体单元示意图第4页/共24页 图3 DH807型光磁共振实验仪1.铷光灯 2.偏振片、1/4波片、透镜 3.恒温槽 4.水平场线圈 5.垂直场线圈 6.光电探测器(接示波器)7.信号发生器 8.电源及辅助源 31256478第5页/共24页 光抽运(光泵)光抽运(光泵):利用光照射打破原
3、子在所研究能级间的热平衡态,造成期望布居数差,它基于光和原子间的相互作用。如何提高探测灵敏度:如何提高探测灵敏度:采用光探测,探测原子对光量子的吸收而不是采用一般的磁共振的探测方法(直接探测原子对射频量子的吸收),因光量子能量比射频量子能量高几个数量级,因而大大提高探测灵敏度。光磁共振光磁共振:是将光抽运、磁共振、光探测技术结合起来研究气态原子精细和超精细结构的一种实验技术,加深了人们对原子磁矩、g因子、能级寿命、能级精细结构、超精细结构及原子间相互作用的认识。实验原理第6页/共24页一、铷原子的基态及最低激发态能级、铷原子的基态及最低激发态能级研究对象:研究对象:铷(Rb)的气态自由原子,价
4、电子处于第五电子层,主量子数n=5,轨道量子数L=0,1,n-1,电子自旋量子数S=1/2原子精细结构的形成:原子精细结构的形成:由电子的自旋与轨道运动相互作用(L-S耦合)发生能级分裂铷原子基态与最低激发态的形成:铷原子基态与最低激发态的形成:用J表示电子总角动量量子数,J=L+S,L+S-1,|L-S|第7页/共24页21/25 S223/21/25,5PP 对于基态,L=0,S=1/2,得J=1/2,标记为 ;对于最低激发态,L=1,S=1/2,得J=3/2,1/2,标记为 ,如图4所示,形成两条谱线。图4 铷原子精细结构的形成第8页/共24页二、朗德因子的引入二、朗德因子的引入 电子轨
5、道角动量 和自旋角动量 的合成角动量 电子总磁矩两者关系为其中LPSPJLSPPPJu2JJJeugPm(1)(1)(1)12(1)JJ JL LS SgJ J 第9页/共24页 原子处于弱磁场中,由于原子总磁矩与磁场的相互作用使能级进一步分裂,形成塞曼子能级。这些能级用磁量子数来表示,能级间距相同。和 相互作用能量表示如下:能级间距为:其中 为玻尔磁子。其中F用来表示原子总角动量量子数FuBFFFBEuBg MB FBEgBB,1,.,FMF FF三、塞曼子能级的形成,.,FIJIJ 第10页/共24页 光抽运(光泵)光抽运(光泵):利用光照射打破原子在所研究能级间的热平衡态,造成期望布居数
6、差,它基于光和原子间的相互作用。如何提高探测灵敏度:如何提高探测灵敏度:采用光探测,探测原子对光量子的吸收而不是采用一般的磁共振的探测方法(直接探测原子对射频量子的吸收),因光量子能量比射频量子能量高几个数量级,因而大大提高探测灵敏度。光磁共振光磁共振:是将光抽运、磁共振、光探测技术结合起来研究气态原子精细和超精细结构的一种实验技术,加深了人们对原子磁矩、g因子、能级寿命、能级精细结构、超精细结构及原子间相互作用的认识。四、光磁共振概念第11页/共24页五、圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应五、圆偏振光对铷原子的激发与光抽运效应 将角动量为 的左旋圆偏振光照射到气态 原子后,根据光跃迁选择定则
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