大学物理光磁共振实验装置介绍

实验9.3 光磁共振引言光磁共振技术是２０世纪５０年代法国物理学家卡斯特勒（Ａ．Ｋａｓｔｌｅｒ）提出的。

他于１９９６年获诺贝尔物理学奖。

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。

因此光磁共振技术既保持了磁共振的高分辨率，又将探测灵敏度提高了约十个量级，因而特别适用于研究原子、分子的细微结构及其有关参量的精密测量，以及对原子、分子间各种相互作用进行研究。

近年来出现的激光射频双共振技术为原子、分子高激发态的精密测量开辟了广阔的前景。

利用光磁共振原理在量子频标和精密测定磁场上已经开发了精密仪器，即原子频率标准（原子钟）和原子磁强计，更重要的是光磁共振原理为激光的发现奠定了基础。

实验目的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。

２．测定铷同位素Ｒｂ８７和Ｒｂ８５的ｇF因子，测定地磁场。

实验原理光磁共振是根据角动量守恒原理，用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间磁共振现象的双共振技术。

由于应用了光探测方法，使得它既保存了磁共振高分辨率的优点，同时又将测量灵敏度提高了几个数量级。

它对原子、分子等内部的微观结构的研究，在量子频标、弱磁场的精确测量等方面都有很大的应用价值。

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：Ｒb87和Ｒb85。

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Ｒb87，　52Ｐ1／2—52Ｓ1／2跃迁为Ｄ1线（λ1＝7９４8）；52Ｐ3／2—52Ｓ1／2为Ｄ2线（λ2＝7200）。

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｜。

光磁共振实验摘要：本实验依据塞曼效应、光抽运效应、基态塞曼子能级间的光磁共振等原理，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，塞曼效应一、引言二、实验原理三、实验仪器四、实验步骤：五、数据处理及误差分析亥姆霍兹线圈轴中心处磁感应强度B 的计算公式为73216B 105NI T rπ-=∙⨯其中r 为线圈有效半径（m ），I 为线圈电流强度（A ）。

本实验中线圈的相关参数见下表1．地磁垂直分量测量实验测得垂直磁场与地磁场垂直分量完全抵消时，垂直线圈电流为0.062A ，代入磁感应强度计算式中，得地磁场垂直分量5B =1.8210T -⨯地垂直.2.铷原子基态朗德因子F g 和核自旋量子数I 测量水平线圈电流0.280A ，代入磁感应强度计算式中，对应的磁感应强度为4B =1.3110T -⨯水平（1）85Rb 原子： 实验测得1ν=979.4kHz 2ν=265.3kHz与B 水平对应的频率ν=622.35kHz由此可以算出85Rb 原子的F g =0.34I=2.45F g 的理论值为F g 理论=13，因此F g 的测量误差为F F F g F g -g =100%g ∆⨯理论理论=1.83%I 的理论值为I 理论=2.5，因此I 的测量误差为I I-I=100%I ∆⨯理论理论=2.16%（2）87Rb 原子：实验测得1ν=1460.6kHz2ν=392.8kHz与B 水平对应的频率ν=926.7kHz由此可以算出87Rb 原子的F g =0.51I=1.48F g 的理论值为F g 理论=0.5，因此F g 的测量误差为F F F g F g -g =100%g ∆⨯理论理论=1.08%I 的理论值为I 理论=1.5，因此I 的测量误差为I I-I=100%I ∆⨯理论理论=1.43%3.地磁场的水平分量B 地水平和倾角θ的测量水平线圈电流0.280A ，对应的磁感应强度为4B =1.3110T-⨯水平（1）85Rb ：3ν=485.9kHz与B 地水平对应的频率为ν=246.75kHz计算得5B =5.2910T -⨯地水平（2）87Rb ：3ν=725.9kHz与B 地水平对应的频率为ν=367.35kHz计算得5B =7.8710T -⨯地水平两者取平均值，得5B =6.5810T -⨯地水平前面已经测得5B =1.8210T -⨯地垂直所以B 地=56.8310T -⨯ 倾角为B tan =B θ地垂直地水平=0.277本实验误差的主要来源：1. 本实验测量过程中，实验室内还在进行塞曼效应的实验，其使用的强磁场对本实验中磁共振频率的测量产生了干扰；2. 示波器信号飘忽不定，使磁共振频率的测量存在读数误差；3. 遮光布遮光不充分，外界光透入对测量产生干扰。

物理实验技术中的核磁共振仪器操作方法在物理实验技术领域，核磁共振（NMR）是一种重要的分析方法，广泛应用于化学、生物、医学等领域。

要正确操作核磁共振仪器，需要掌握一系列的操作方法和技巧。

本文将介绍核磁共振仪器的基本操作流程、参数设置、样品制备和数据处理等方面的内容。

一、基本操作流程在进行核磁共振实验之前，首先需要进行基本的仪器操作。

以下是一个典型的核磁共振仪器的操作流程：1. 打开仪器电源和液氮气瓶。

核磁共振仪器通常需要液氮来冷却超导磁体。

在操作核磁共振仪器之前，确保电源和液氮瓶都处于正常工作状态。

2. 打开核磁共振软件。

核磁共振仪器通常配备专用的软件，用于控制仪器和数据处理。

打开软件后，需要进行系统的校准和配置。

3. 放入样品。

将待测试的样品放入核磁共振仪器的样品室中。

样品应该用专用的核磁共振管（NMR tube）装载，并且确保样品浓度适当。

4. 设置参数。

根据实验需求，设置核磁共振仪器的参数，例如扫描时间、扫描范围、脉冲序列等。

参数的设置应该根据样品性质和实验目的来决定。

5. 开始扫描。

点击软件上的扫描按钮，核磁共振仪器开始进行扫描操作。

扫描的时间长度取决于设置的参数和样品的性质。

6. 数据保存和处理。

扫描完毕后，将得到的核磁共振谱图保存到计算机上。

然后，可以使用专门的数据处理软件对谱图进行进一步的处理和分析。

二、参数设置在进行核磁共振实验时，合理的参数设置对于获得准确的结果至关重要。

以下是几个常见的参数设置建议：1. 扫描时间。

扫描时间决定了扫描的精确度和信噪比。

通常情况下，扫描时间应该足够长以确保信号的稳定性，但也不能过长以避免样品的退化。

2. 扫描范围。

扫描范围应根据样品的性质和化学位移进行调整。

一般来说，将所有感兴趣的峰都包含在扫描范围内。

3. 脉冲序列。

选择合适的脉冲序列可以增强核磁信号和降低噪音。

有一些常用的脉冲序列，例如Hahn脉冲序列和Carr-Purcell-Meiboom-Gill脉冲序列，可以根据样品的特点选择合适的脉冲序列。

物理实验技术中的核磁共振实验设备使用方法引言：核磁共振（NMR）实验是一种重要的物理实验技术，广泛应用于化学、生物、医学等领域。

要顺利进行核磁共振实验，需要掌握实验设备的使用方法。

本文将介绍核磁共振实验设备的基本构造和使用方法，并针对实验过程中常见的问题给出解决方案。

一、核磁共振实验设备的基本构造核磁共振实验设备主要包括核磁共振仪、样品探头和控制系统。

（1）核磁共振仪：核磁共振仪是核磁共振实验的主要设备，它包含了磁共振主磁场系统、射频系统和梯度磁场系统等主要部分。

其中，磁共振主磁场系统通过产生均匀强大的磁场，用于将待测试样品的核自旋进行取向；射频系统通过产生射频脉冲，作用于样品的核自旋，从而引起核磁共振现象；梯度磁场系统则用于产生局部磁场梯度，实现空间编码。

（2）样品探头：样品探头是核磁共振实验的载体，用于容纳待测样品并与核磁共振仪建立联系。

样品探头通常由射频线圈和梯度线圈组成，可以根据实验需要选择不同类型的样品探头。

同时，为了保持样品的恒温状态，样品探头内部还可设置温控系统。

（3）控制系统：控制系统是用于控制核磁共振实验设备运行的电子装置，主要包括计算机、数字化控制器和数据采集卡等。

通过控制系统，实验人员可以设定实验参数、监控实验过程，并获取实验数据。

二、核磁共振实验设备的使用方法1. 准备工作在进行核磁共振实验之前，首先需要进行一系列的准备工作。

包括校正磁场、调整样品探头、设置实验参数等。

其中，校正磁场是保证实验成果准确的关键步骤，可通过调整磁场均匀性和强度来实现。

2. 样品装填将待测样品装填到样品探头中，保证样品的纯度和浓度，同时避免样品溢出和污染样品探头。

装填完毕后，使用样品探头固定样品位置，以免样品在实验过程中发生移动。

3. 实验参数设定根据实验目的和样品特性，设置合适的实验参数。

包括核磁共振仪的工作模式、射频脉冲的频率和强度、梯度磁场的编码方式等。

合理设定实验参数可以提高实验效果和准确性，对于不同的实验目的，参数设置也会有所不同。

引言概述：物理实验室是学生进行物理学实践的重要场所，实验室仪器的配备起着至关重要的作用。

本文将对物理实验室仪器配备清单进行详细讨论。

通过详细的介绍和分析，读者将了解到物理实验室仪器应具备的基本要素，以及如何根据需求选择适合的仪器。

本文将分五个大点展开具体阐述，包括力学实验仪器、光学实验仪器、电学实验仪器、热学实验仪器和量子物理实验仪器。

正文内容：一、力学实验仪器：1. 弹簧测力计：用于测量弹簧的弹性系数和力的大小。

2. 光电门：用于测量物体的速度，通过光电门感应物体的通过时间来计算速度。

3. 平衡杆和砝码：用于进行平衡杆的平衡实验，可以研究杠杆平衡的原理。

4. 精密天平：用于测量物体的质量，精度高，适用于实验室中各种需要精确测量质量的实验。

5. 阻力计：用于测量物体在流体中的阻力大小，可以进行流体力学实验。

二、光学实验仪器：1. 凸透镜和凹透镜：用于研究透镜的成像规律，可以进行光学成像实验。

2. 干涉仪：用于研究光的干涉现象，通过激光可以观察到明暗条纹。

3. 折射仪：用于测量折射率，可以进行光的折射实验。

4. 光电效应实验装置：用于研究光电效应的实验，可以观察到光电效应的现象。

5. 光栅仪：用于测量光的波长，可以进行光的衍射实验。

三、电学实验仪器：1. 电压表和电流表：用于测量电路中电压和电流的大小，可以进行电学实验。

2. 变压器：用于电能的传输和变换，可以进行电能转换实验。

3. 电容器：用于存储电荷和释放电荷，可以进行电容器充放电实验。

4. 电磁铁：用于产生磁场，可以进行磁场实验，并进行电磁感应实验。

5. 示波器：用于观察电信号的波形，可以进行信号的测量和分析实验。

四、热学实验仪器：1. 温度计：用于测量物体的温度，可以进行热学实验。

2. 热传导实验装置：用于研究物体之间的热传导，可以进行热传导实验。

3. 热膨胀仪：用于研究物体的热膨胀规律，可以进行热膨胀实验。

4. 热辐射实验装置：用于研究物体的热辐射现象，可以进行热辐射实验。

FD-CNMR-I型核磁共振实验仪说明书上海复旦天欣科教仪器有限公司中国上海FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪使用说明书一．概述磁矩是由许多原子核所具有的内部角动量或自旋引起的，自1940年以来研究磁矩的技术已得到了发展。

物理学家正在从事的核理论的基础研究为这一工作奠定了基础。

1933年，G ·O ·斯特恩（Stern ）和I ·艾斯特曼（Estermann ）对核粒子的磁矩进行了第一次粗略测定。

美国哥伦比亚的I ·I ·拉比（Rabi 生于1898年）的实验室在这个领域的研究中获得了进展。

这些研究对核理论的发展起了很大的作用。

当受到强磁场加速的原子束加以一个已知频率的弱振荡磁场时原子核就要吸收某些频率的能量，同时跃迁到较高的磁场亚层中。

通过测定原子束在频率逐渐变化的磁场中的强度，就可测定原子核吸收频率的大小。

这种技术起初被用于气体物质，后来通过斯坦福的F.布络赫（Bloch 生于1905年）和哈佛大学的E ·M ·珀塞尔（Puccell 生于1912年）的工作扩大应用到液体和固体。

布络赫小组第一次测定了水中质子的共振吸收，而珀塞尔小组第一次测定了固态链烷烃中质子的共振吸收，两人因此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。

自从1946年进行这些研究以来，由于核磁共振的方法和技术可以深入物质内部而不破坏样品，并且具有迅速、准确、分辨率高等优点，所以得到迅速发展和广泛应用，现今已从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大的作用。

我公司生产的FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪由边限振荡器、磁场扫描电源、磁铁以及外购频率计、示波器等组成，它具有调节方便、信噪比高、教学效果直观等特点。

是大专院校优良的近代物理实验教学仪器。

二．原理对于处于恒定外磁场中的原子核，如果同时再在与恒定外磁场垂直的方向上加一交变电磁场，就有可能引起原子核在子能级间的跃迁，跃迁的选择定则是，磁量子数m 的改变为1±=∆m ，也即只有在相邻的两子能级间的跃迁才是允许的。

NM-2型核磁共振实验装置使用说明本装置是由永久磁铁、扫场线圆、探头〈由电路盒和样品盒组成〉、小变压器、可调变压器、数字频率计组成,它们与用户自备的示波器连接的方框图见图1。

永久磁铁〈内含扫场线圈,底座内装有220V/6V小变压器〉的外观见图2。

1.永久磁铁,2.扫场线圈,3.电路盒,4.线圈及样品,6.示波器.7.。

一220V可谓变压器,822OV/6V变压器图1核磁共振实验装置方框图一、永久磁铁本装置的磁场由永久磁铁产生。

永久磁铁选用国内开发生产的钕铁硼高性能的恒磁材料,使磁铁具有体积小、场强强、矫顽力大的优点。

而且磁靴的面积大,增大了磁靴直径与磁场间隙的比值,提高了均匀性,从而允许采用体积较大的样品,增强了磁共振信号.永久磁铁采用O形结构,外壳用软铁材料做成,外壳开有一小口使样品盒能插入磁隙中.永久磁铁安放在金属底座上,并使开口朝上。

二、扫场及扫场电源本装置用扫场的方法观察共振信号,扫场由安装在磁铁内部并固定在两个磁极上的扫场线圈产生.扫场线圄由5OHz的市电经0-220V可调变压器和一个220V/6V的小变压器隔离、降压后供电并利用可调变压器改变扫场的幅度.扫场线圈的引线与220V/6V小变压器的低压输出端连接在一起。

底座后方备有"交流0-220V输入"引线,底座前方备有"扫场输出"插座和"相移调节"旋钮."扫场输出"提供"选做实验2”时示波器的X端输入电压信号（参见附录三）。

由此插座至示波器X端的连接电缆由用户自备。

图2永久磁铁外观三、探头探头是实验装置的核心部分.其外形如图3所示。

电路盒正面电路盒背面样品盒内部结构1.频率调节旋钮,2.幅度调节旋钮,3.电源开关,4.频率测试端.5.检波输出端,6.连接杆.7.样品盒.8.样品.9.线圈,10.固定物料.11.同轴电缆.图3探头的外形探头由电路盒及下方的样品盒〈7〉组成.电路盒与样品盒通过铜管(6〉连接固定在一起。

物理实验技术中的核磁共振实验的仪器操作指南引言核磁共振（NMR）是一种重要的物理实验技术，被广泛应用于化学、生物、医学等领域。

为了有效进行核磁共振实验，研究者需要掌握仪器的操作技巧和注意事项。

本文将为读者提供一份详尽的核磁共振仪器操作指南。

一、样品制备在进行核磁共振实验之前，样品的制备至关重要。

首先，选择适当的溶剂，确保样品能够溶解并与仪器中的系统相容。

其次，净化样品以去除杂质，以免影响实验结果。

最后，控制样品的浓度，使其在仪器中能够获得足够的信号强度。

二、磁场校准在进行核磁共振实验之前，确保仪器的磁场稳定且正确校准至关重要。

首先，仪器需要进行磁场均匀性校准，以确保样品在均匀磁场中受到相同的磁场作用。

其次，使用标准样品进行频率校准，以确保获得准确的共振频率。

最后，校准磁场梯度以确保梯度场在空间上的均匀性和准确性。

三、参数设置核磁共振实验中，合理设置参数对于获得高质量的数据至关重要。

首先，确定脉冲序列的类型和参数，如脉宽、重复时间等。

其次，选择合适的扫描次数以提高信噪比。

此外，还需要根据样品类型和实验目的设置其他参数，如温度、磁场梯度等。

四、仪器操作在进行核磁共振实验时，正确操作仪器也是十分关键的。

首先，冷却样品室以确保样品处于合适的温度，通常使用液氮或液氦冷却。

其次，校准射频发生器以确保脉冲信号的频率和强度准确。

最后，调整幅度控制器以确保脉冲幅度合适且稳定，以避免信号饱和或过弱。

五、数据处理获得原始数据后，需要进行适当的数据处理以提取所需的信息。

首先，进行基线校正以消除实验过程中可能引入的干扰信号。

其次，进行谱图平滑处理以增强信号的清晰度。

还可以进行相位校正、积分处理等，以获得更准确的谱图或图像。

结论核磁共振实验是一项复杂且精密的技术，需要仪器操作的高度准确性和专业技巧。

通过正确的样品制备、磁场校准、参数设置、仪器操作和数据处理，研究者可以获得高质量的核磁共振实验结果。

本文提供的核磁共振仪器操作指南将帮助读者更好地进行核磁共振实验，并取得准确可靠的数据。

共振科普演示装置共振是物理学中一个重要的概念，可以在多个领域中得到应用，如电路、声学和结构力学等。

但对于非物理专业的人来说，理解共振可能会有一定的困难。

为了更好地向公众普及共振的知识，我们设计了一个共振科普演示装置，以直观形式展示共振的原理和应用。

演示装置的基本原理是利用共振现象来展示物体在受到外界振动力作用时的响应。

装置由以下几个部分组成：振动源、共振体和观测装置。

振动源是装置的动力来源，可以通过电动机或其他能源来提供振动。

共振体是演示中的重点，可以是一个简单的弹簧系统、吊挂的负重振子或者其他具有共振特性的物体。

观测装置用于记录共振现象的发生，如振动幅度、频率以及共振体的振动模式等。

在进行演示时，我们首先将振动源与共振体相连接，使振动源产生一定的振动。

随着振动频率的改变，当振动源的频率与共振体的固有频率匹配时，共振体将处于共振状态，出现明显的振动现象。

此时，共振体的振动幅度将达到最大值，并且共振体的振动模式也会发生变化。

通过观测装置，观众可以清楚地看到共振体的振动情况，了解共振现象的发生和特点。

为了增加演示的趣味性和教育性，我们还可以对不同的振动频率进行测试，并记录下共振体的响应情况。

通过对不同共振频率的测试，观众可以更好地理解共振的概念和原理。

演示装置除了用于科普教育外，也可以用于研究和实验。

例如，在电路中，我们可以利用共振现象来提高电能传输的效率。

共振科普演示装置可以让观众更加深入地了解共振在电路中的应用原理，增强对电路共振的认识。

总结一下，共振科普演示装置是一种用于直观展示共振现象的工具，可以帮助公众更好地理解共振的概念、原理和应用。

通过演示装置的使用，观众可以通过亲眼目睹振动现象和观察振动模式的变化来增强对共振的认识。

希望通过这样的科普活动，更多的人能够了解共振的重要性，并将其应用于实际生活中。

物理实验技术中的磁共振探测原理与实验方法解析当谈到物理实验技术的前沿领域时，磁共振探测技术无疑是其中一项具有重要影响力的科技手段。

磁共振探测技术是一种基于核磁共振现象的分析手段，通过使用强磁场和射频脉冲来激发样品中核自旋的共振吸收，进而获得具有高分辨率的样品信息。

本文将解析磁共振探测技术的原理与实验方法，让我们一同进入这个神奇的领域。

磁共振探测技术的理论基础是量子力学中的核磁共振现象。

核磁共振是指处于外磁场中的原子核在一定条件下吸收特定频率的射频信号的现象。

这是因为核自旋在外磁场作用下会出现能级分裂，当射频信号频率与能级差值匹配时，原子核会吸收射频信号能量并发生磁共振吸收。

这种现象可以用来研究物质的结构、性质及其与周围环境的相互作用。

在实际的磁共振探测实验中，常用的实验装置是核磁共振仪。

核磁共振仪主要由磁体、射频系统、梯度线圈、探头和计算机系统等部分组成。

其中磁体提供一个强大的外磁场，使样品中的核自旋能级发生分裂；射频系统则用于产生恰当的射频信号以激发核磁共振吸收；梯度线圈则用于磁场的空间编码，从而获得样品中不同位置的信息；探头则用于将样品放置在合适的位置并接收核磁共振信号；计算机系统则用来处理和分析实验数据。

磁共振探测技术在许多不同领域中都有广泛应用。

例如，在医学领域中，核磁共振成像技术经常用于检测人体内部的结构和功能，如脑部、肌肉和骨骼等。

此外，核磁共振也可以用于研究材料科学中的结构和动力学性质，如高分子材料和纳米材料等。

在化学领域中，核磁共振技术也被广泛应用于化合物的结构鉴定和动力学研究等。

磁共振探测技术的实验方法包括信号激发和信号检测两个主要步骤。

在信号激发过程中，首先需要建立一个高强度的磁场，通常通过使用超导磁体来实现；然后，通过射频系统产生特定频率的射频信号，在样品中的核自旋能级之间产生磁共振跃迁。

在信号检测过程中，探头接收到由样品中的核磁共振吸收产生的弱信号，并将其转化为电信号进行放大和过滤后输入计算机系统进行进一步处理和分析。

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 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 =。

光磁共振实验原理⼀.实验⽬的光抽运或称光泵技术巧妙地将光抽运，磁共振和光探测技术综合起来，⽤以研究汽态原⼦的精细和超精细结构。

克服了⽤普通的⽅法对⽓态样品观测时，共振信号⾮常微弱的困难。

⽤这个⽅法可以使磁共振分辨率提⾼到 10 11T 。

实验是以天然37号元素铷(87Rb 和85Rb )为样品，核外电⼦状态为1s 22s 22 P 63S 23 p 63d 104s 24⼙65€,研究碱⾦属铷原⼦的基态52S 1/2磁共振。

加外磁场使原⼦能级分裂，光照使原⼦从基态跃迁激发态，特别是从52S 1/2态向52P 1/2态跃迁,跃迁过程吸收光⼦因⽽检测到的光信号微弱，当偏极化饱和时跃迁吸收停⽌，检测到的光信号⼜增强到光源的光强。

B 可以分解为⽔平磁场 B//和垂直磁场B 丄，⽔平磁场B//包括地磁场B E 、⽔平磁场 B s 、垂直磁场 B v , 即⼙B4B V +B E 丄，B//=Bh+B S +B E // ,如果选择垂直场电流⽅向和电流⼤⼩，使外加垂直磁场正好抵消地磁场垂直分量，即- 则铷原⼦感受到的外磁场只有⽔平分量B /=B h +B s +B E /,由于磁场存在形成的相邻 (最⼩可取△ m F =1):E= △ m F g F B B = △ m F g F B (B h +B S +B E //)(3)原⼦状态可⽤2S+1X J 表⽰，⽽且，当L={0,1,2,3…}时，X={S,P,D,F …}.铷原⼦的基态为 52$/2, 即 L=0 , S=1/2,J=1/2。

87Rb 的 F=2 和 1, m F =2,1,0,-1,-2。

85Rb 的 F=3 和 2, m F =3,2,1,0,-1,-2,-3。

最低激发态为 52p 1/2 和 52P 3/2双重态。

考虑 52P 1/2,即 L=1 , S=1/2 , J=1/2。

87Rb 的 52P 1/2 到 52S 1/2 的跃迁产⽣794.8nm 的D1线(能量差为 0.2486eV ), 52P 3/2到52S 1/2的跃迁产⽣780nm 的D2线(能量差为 0.2533 eV)。

核磁共振仪器介绍
仪器主要配置：
500 MHz超屏蔽磁体
2个高频、1个低频频率通道
GRASPII 梯度场
BVT3000 温度控制仪
探头：1，QNP四核
2，BBI 反式宽带
3，F/H/C 三共振
特色测试项目：溶剂压制实验
1.同核异核二维实验
2.选择脉冲实验
3.2H观测及去偶实验
4.变温实验
5.DOSY实验
6.样品定量测定
仪器主要配置：
400 MHz磁体
高频低频各1个频率通道
BGU II 梯度场
BVT2000 温度控制仪
BBI 反式宽带探头（103Rh-31P）
特色测试项目：
1.自旋去偶实验
2.同核异核二维实验
3.变温实验
4.样品定量测定
5.11B背景消除及测定
6.金属杂核测定
Bruker AV500 Bruker DRX400
仪器主要配置：
400 MHz超屏蔽磁体
高频低频各1个频率通道
梯度场
温度控制仪
四核探头
特色测试项目：
1.常规1H,13C,19F,31P快速测定
2.变温实验
3.样品定量测定
Varian 400MR。

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。

核磁共振实验DH2002A型核磁共振实验仪实验讲义核磁共振【目的要求】1. 了解核磁共振的实验基本原理。

2. 学习利用核磁共振校准磁场和测量g 因子的方法。

【实验仪器】DH2002A 核磁共振实验仪、数字频率计、示波器。

【原 理】核磁共振是重要的物理现象。

核磁共振实验技术在物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析与勘探等许多领域得到重要应用。

1945年发现核磁共振现象的美国科学家铂塞耳（Purcell ）和布珞赫（Bloch ）1952年获得诺贝尔物理学奖。

在改进核磁共振技术方面作出重要贡献的瑞士科学家恩斯特（Ernst ）1991年获得诺贝尔化学奖。

大家知道，氢原子中电子的能量不能连续变化，只能取离散的数值。

在微观世界中物理量只能取离散数值的现象很普遍。

本实验涉及到的原子核自旋角动量也不能连续变化，只能取离散值 )1(+=I I p ，其中I 称为自旋量子数，只能取0,1,2，3，…整数值或1/2，3/2，5/2，…半整数值。

公式中的 =h/2π，而h 为普朗克常数。

对不同的核素，I 分别有不同的确定数值。

本实验涉及的质子和氟核19F 的自旋量子数I 都等于1/2。

类似地，原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量也不能连续变化，只能取离散的数值p z =m ，其中量子数m 只能取I ，I －1，…，-I+1，-I 共（2I+1）个数值。

自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩，简称核磁矩，其大小为p Me g 2=μ （1-1） 其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子。

对不同种类的原子核，g 的数值不同，称为原子核的g 因子。

值得注意的是g 可能是正数，也可能是负数。

因此，核磁矩的方向可能与核自旋角动量方向相同，也可能相反。

由于核自旋角动量在任意给定的z 方向只能取（2I+1）个离散的数值，因此核磁矩在z 方向也只能取（2I+1）个离散的数值；p meh g z 2=μ （1-2） 原子核的核矩通常用M e N 2/ =μ作为单位，N μ称为核磁子。