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实验9.3 光磁共振实验引言为了研究物质内部不同层次的结构和性质，利用电磁波与物质的相互作用作为研究手段，最早使用的是光谱学方法，取得有关原子、分子结构的大量数据，促进了原子、分子物理学的发展，但由于仪器分辨率和谱线线宽的限制，对原子、分子等微观粒子内部更加细致的结构和性质得不到满意的结果，后来发展了波谱学的方法，直接观测在外磁场中原子精细结构能级、超精细结构能级和塞曼子能级间的微波或射频共振（通常称为磁共振）。
分辨率提高了，但是跟微波或射频共振相联系的能级间的能量差很小，由玻尔兹曼分布所造成的粒子在能级上的布居数之差也很小，而且磁偶极跃迁几率比电偶极跃迁几率小几个数量级，磁共振信号很弱，难于探测，迫切需要提高共振信号的强度。
凝聚态物质的波谱学如核磁共振、电子顺磁共振，实验样品浓度较大，加上高灵敏度的电子技术探测方法，可以获得很好的共振信号，在很多领域得到应用。
然而对于研究自由原子的气态波谱学来说，由于样品浓度低几个数量级，共振信号极弱，必须设法提高共振信号强度，才能进行实验观测。
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.测定铷原子Rb 87和Rb 85的参数：基态朗德因子g F 和原子核的自选量子数I 。
3.测定地磁场B 地和垂直分量B 地垂直、水平分量B 地水平及其倾角θ。
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。
这里就光磁共振技术对气态铷原子样品探测的实验原理逐一进行介绍。
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5壳层，主量子数n =5，电子轨道量子数L =0，1，···，n −1=4，电子自旋S =12。
铷原子中价电子的轨道角动量P L 和自旋角动量P S 发生轨道—自旋耦合（LS 耦合），得到电子总角动量P J ，其数值P J = J J +1 ħ，J =L +S ，L +S −1，···，|L −S|。
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。
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。
102实验二十四 光 磁 共 振光抽运（Optical Pumping ，也称光泵）由克斯特勒（A. Kastler ）等人于本世纪五十年代初提出。
光磁共振是指通过“光抽运一磁共振一光探测”来研究原子细微结构的一种实验方法，它解诀了光谱方法及核磁共振、电子顺磁共振方法不能满意解决的微观粒子内部细微结构和变化的许多问题。
光磁共振光探测技术是原子结构研究的重要手段，在激光、电子频率标准和精测弱磁场等方面也有重要应用。
【实验目的】1．了解光磁共振的基本原理和实验方法。
2．观察铷原于基态塞曼光抽运信号和磁共振信号，测定g 因子值。
3．运用光磁共振方法测量地磁场。
【实验原理】1．铷原子能级的超精细结构及塞曼分裂原子的核磁矩与电子磁矩的相互作用会产生原子能级的超精细结构。
而原子的总磁矩与磁场的相互作用, 使超精细结构进一步分裂（塞曼效应）。
我们知道，在磁场中，原子总磁矩与磁场B 的相互作用能为B m g B E B F F F μμ=⨯-=→→(1)式中F m 一原子总角动量J 在磁场方向的投影，称为磁量子数。
共有2F ＋1个值，F 为原子总量子数：μB 一玻尔磁子，为一物理常数；B 一磁场的磁通密度，F g 一朗德因子，其值在理论上为)1(2)1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g JF)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J（S 一电子自旋量了数：L 一电子轨道量子数；I 一原子核自旋量了数；J 一L 与S 的合成量子数，从（1）式可知，相邻两塞曼了能级间的能量差为B g E B F μ=∆ (2)铷（Rb ）属碱金属，天然铷同位素有两种， 85Rb 占72．15％， 87Rb 占27.85％，原子能级基态是2/125S (，对应L ＝0，S ＝1／2,J=1/2)，最低激发态2/125P 与2/325P 是的双重态（对应L=1，S ＝1／2,J=1/2,3/2），基态2/125S 跃迁到最低激发态2/125P 与2/325P 的D 1 线波长是794.8nm ，D 2 线波长是780.0nm ，以87Rb 为例，图1表示它在磁场中的精细结构及塞曼分裂。
近代物理实验实验报告班级学号姓名上课时间联系电话实验I 光磁共振一、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。
二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）什么是光抽运效应？产生光抽运信号的实验条件是什么？怎样用光抽运信号检测来检测磁共振现象？2）如何确定水平磁场、扫场直流分量方向与地磁场水平分量方向的关系及垂直磁场与地磁场垂直分量的关系？3）扫场不过零，能否观察到光抽运信号？为什么？4）利用光抽运探测磁共振比直接探测磁能级之间的磁共振跃迁的信号灵敏度可提高多少倍？2. 创意实验J 铁磁共振一、实验目的1．了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象；2．测量微波铁氧体的铁磁共振线宽；3．测量微波铁氧体的g因数二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）本实验是怎样测量磁损耗的？实验中磁损耗又是通过什么来体现的？2）为什么在传输式谐振腔中有磁性样品时，腔的谐振频率会随外加稳恒磁场的改变而发生变化，并且在空腔的谐振频率上下波动，即产生所谓频散效应？3）如何精确消除频散效应？实验中是如何处理频散效应的？2. 创意实验K 核磁共振一、实验目的1.掌握ＮＭＲ的基本原理及观测方法；2.用磁场扫描法（扫场法）观察核磁共振现象；3.由共振条件测定氟核（１９Ｆ）的g因子。
二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1．思考题解答1）简述核磁共振的原理并回答什么是扫场法和扫频法？2）NMR实验中共用了几种磁场？各起什么作用？3）试想象如何调节出共振信号。
4)不加扫场电压能否观察到共振信号？2. 创意实验L 电子顺磁共振一、实验目的1．了解电子顺磁共振的原理；2．掌握FD-TX-ESR-II型电子顺磁共振谱仪的调节和使用方法；3．利用电子顺磁共振谱仪测量 DPPH的g因子。
对光磁共振实验中测量gf值的方法的评述和改进光磁共振(EPR)是一种非常重要的物理技术，可以专门用来研究电子态的本征属性。
其中，对电子本征态的关键参数之一是“g因子”，即gf值，这个参数表示电子态具有多大的磁矩。
因此，测量和准确地确定gf值非常重要，有助于我们更好地理解电子态的本征态。
传统的gf测量方法是基于大型实验装置的，它仅能在实验室范围内完成。
此外，在传统的测量方法中，由于涉及到大型实验装置，操作起来非常复杂，耗时耗力，并且容易受到环境因素的干扰。
此外，因为需要大量实验运行，成本也是一个重大问题。
近年来，随着科学技术的发展，新的测量gf值的方法出现了。
这种新的方法以激光技术和半导体技术为基础，可以节省成本，操作更加方便，并且可以在非实验室环境中完成测量。
新技术的出现也改变了测量gf值的方法，主要是以激光发射技术和半导体技术为基础，采用复杂的软件测量策略，实现定量测量，有助于减小测量过程中的误差，提高测量灵敏度。
另外，利用光学探测技术，可以在更低的温度环境下完成测量，从而减少由高温环境引入的不确定性，同时，利用激光器可以获得更准确的测量结果。
此外，利用高光谱结构可以使测量过程更加精准，这样就可以获得更准确的测量结果。
此外，改进的gf测量方法也改变了实验所需的时间，有助于改善实验的效率。
新的技术还有助于节约环境资源，比如减少碳排放，减少实验过程中所消耗的能源。
总之，新的技术出现，使得测量gf值的方法得以改进，不仅有助于提高精度，提高测量效率，而且有助于节约环境资源，减少能源消耗。
未来，还有很多可以改进的地方，如研究较低温度和更精确的测量系统，以便在更宽的温度范围内准确测量gf值。
综上所述，在光磁共振实验中测量gf值的方法已经有了很大的改进，采用更加复杂的软件技术和光学探测技术，实现了更加准确、高效、环保的测量。
未来，我们有期待地等待着更多的技术和发展，以便更好地理解电子态的本征态。
实验十九光磁共振一般的磁共振技术，无法进行气态样品的观测，因为气态样品浓度比固态或液态样品低几个数量级，共振信号非常微弱。
光泵磁共振是把光抽运，磁共振和光探测技术有机的结合起来，以研究汽态原子精细和超精细结构的一种实验技术。
光抽运（OpticalPumping ）又称光泵是二十世纪五十年代初由法国物理学家A.Kastler 等人提出的，由于他在光抽运技术上的杰出贡献而获1966年诺贝尔物理学奖。
光磁共振(光泵磁共振)是利用光抽运（OpticalPumping ）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％。
光抽运就是用圆偏振光激发汽态原子，以打破原子在所研究能级间的热平衡的玻耳兹曼分布，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。
光磁共振采用光探测方法，即探测原子对光量子的吸收而不是采用一般磁共振的探测方法：即直接探测原子对射频量子的吸收。
因为光量子能量比射频量子能量高几个数量级，因而大大提高了探测灵敏度。
光泵磁共振进一步加深人们对原子磁矩、g 因子、能级结构、能级寿命、塞曼分裂、原子间相互作用等的认识，是研究原子结构的有力工具，而光抽运技术在激光、原子频标和弱磁场测量等方面也有重要应用。
【实验目的】1.了解光抽运的原理，掌握光泵磁共振实验技术。
2.测量汽态铷原子85Rb 和87Rb 的F g 因子。
3.学习测量地磁场的方法。
【实验仪器】光磁共振实验仪、信号发生器、示波器、频率极和指南针等。
【实验原理】光泵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。
本实验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。
所研究的对象是铷（Rb ）的汽态自由原子。
1.铷（Rb ）原子能级的超精细结构和塞曼分裂铷（Rb ）是一价碱金属原子，原子序数为37，天然铷有两种同位素：铷85Rb （72.15%）和87Rb（27.85%）。
光磁共振物理041班04180132 吕永平摘要: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，进而测定铷原子超精细结构塞曼能级的朗德因子。
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。
实验方案:实验仪器：本实验总体系统由光泵磁共振实验仪主体单元、辅助源、射频信号发生器及示波器四部分组成。
下此图为实验装置示意图：实验原理：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，造成期望集居数差，它基于光和原子间的相互作用。
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：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、 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。
铷原子的能级分裂（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,用J 表示电子总角动量量子数，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，如右图所示，形成两条谱线。
电子轨道角动量LP 和自旋角动量S P 的合成角动量 J L S P P P =+ ，电子总磁矩J u ，两者关系为2J J J e u g P m=，其 中(1)(1)(1)12(1)J J J L L S S g J J +-+++=++ 原子超精细结构由核磁矩与电子磁矩的相互作用形成。
核的自旋量子数表示为I ，铷原子的两种同位素的自旋量子数分别为：8785(27.85%),3/2(72.15%),5/2Rb I Rb I ==，核的自旋角动量表示为I P，得原子总角动量：F I J P P P =+ ，其中F 用来表示原子总角动量量子数，F=I+J,…,|I-J|。
87851/2,2,1 ,3/2,3/2,3,2,1,01/2,2,1 ,5/2,3/2,......J F Rb I J F J F Rb I J ==⎧=⎨==⎩==⎧=⎨=⎩基态基态 2F F F e u g P m=,其中 (1)(1)(1)2(1)F I F F J J I I g g F F +++-+=+ 塞曼子能级的形成：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，,1,...,F M F F F =--，能级间距相同。
F u 和B 相互作用能表示如下： F F F B E u B g M Bμ=-⋅= 能级间距为：F B E g B μ∆=,其中B μ为玻尔磁子。
将角动量为+ 的左旋圆偏振光照射到气态原子87Rb 后，根据光跃迁选择定则，基态中2F M =+能级上的粒子数会越来越多，形成粒子数偏极化。
高度的粒子数偏极化是进行磁共振实验的有利条件。
本实验中，在样品泡中加入少量分子磁矩较小的缓冲气体（如氮、氖等）避免铷原子与容器壁碰撞而使粒子失去偏极化。
另外将温度保持在50到60摄氏度之间，尽量减小铷原子与容器壁的碰撞。
在垂直于产生塞曼分裂的磁场方向上加一频率为υ的射频磁场，当满足B h g B υμ= 时发生磁共振，如此，粒子的偏极化程度降低，再次发生光抽运，最终形成光抽运与磁共振的动态平衡。
照射到样品上的偏振光，起到了两个作用。
一是产生光抽运效应；二可以通过测量透射光强得到磁共振信号。
当各能级上的粒子数相同时，样品对偏振光吸收最强，透射光最弱；当粒子数偏极化强度最强时，透射光最强。
这里通过透射光强的变化来得到磁共振信号，提高了测量灵敏度。
铷原子基态和最低激发态的能级的分裂情况。
87Rb 的核自旋2/3=I ，85Rb 的核自璇2/5=I ，因此，两种原子的超精细分裂将不同。
我们以87Rb为例，介绍超精细分裂的情况，可以对照理解85Rb 的分裂（如图1所示）。
实验中，我们要对铷光源进行滤光和变换，只让D 1σ+(左旋圆偏振光)光通过并照射到铷原子蒸气上，观察铷蒸气D 1σ+对光的吸收情况。
图处于磁场环境中的铷原子对D 1σ+光的吸收遵守如下的选择定则1±=∆L 0,1±=∆F 1+=∆F M根据这一选择定则可以画出吸收跃迁图，如图2所示。
图2 87Rb 原子对D 1σ+光的吸收和退激跃迁 在没有D 1σ+光照射时，5S 态上的8个子能级几乎均匀分布着原子，而当D 1σ+光持续照着时，较低的7个子能级上的原子逐步被“抽运”到M F =+2的子能级上，出现了“粒子数反转”的现象。
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ν，使之满足B g h B F μν= 这时将出现“射频受激辐射”，处于静磁场中的铷原子对偏振光D 1σ+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D 1σ+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时又引起强烈吸收。
根据这一事实，如果能让公式B g h B F μν=周期性成立，则可以观察到铷原子对D 1σ+光的周期性吸收的现象。
实验中是固定频率ν而采用周期性的磁场B 来实现这一要求的，称为“扫场法”。
光磁共振的观察“扫场法”采用的周期性信号一般有两种：方波信号和三角波信号。
方波信号用于观察“光抽运”过程，三角波信号用于测量有关参数。
在加入了周期性的“扫描场”以后，总磁场为：B total=B DC+B S+B e∕∕其中B DC是一个由通有稳定的直流电流的线圈所产生的磁场，方向在水平方向，B e∕∕是地球磁场的水平分量，这两部分在实验中不变；B S是周期性的扫描场，也是水平方向的。
地球磁场的垂直分量被一对线圈的磁场所抵消。
1）用方波观察“光抽运”将直流磁场B DC调到零，加上方波扫场信号，其波形见图3，它是关于零点对称的。
图3 “光抽运”的形成和波形在方波刚加上的瞬间，样品泡内铷原子5S态的8个子能级上的原子数近似相等，即每个子能级上的原子数各占总原子数的1/8，因此，将有7/8的原子能够吸收D1σ+光，此时对光的吸收最强，探测器上接受的光信号最弱。
随着原子逐步被“抽运”到M F=+2的子能级上，能够吸收D1σ+光的原子数逐渐减少，透过样品泡的光逐渐增强。
当“抽运”到M F=+2子能级上的原子数达到饱和，透过样品泡的光强达到最大而不再发生变化。
当“扫场”过零并反向时，各子能级简并，原来是M F=+2的原子，通过碰撞，自旋方向混杂而使各个自旋方向上的原子数又接近相等，当“扫场”反向、铷原子各子能级重新分裂以后，对D1σ+光的吸收又达到了最大。
2、三角波观察光磁共振调节直流磁场B DC至某个值，加上三角波“扫场”信号和射频信号，通过调节“扫场”幅度和射频信号的频率，可以观察到如图4所示的光磁共振信号。
图4 光磁共振的信号图像Ⅰ在光磁共振实验中，一个重要的任务是测量g F因子，为此提出如下方法：在某个射频ν1下调出光磁共振信号（类似于图4），通过交替调节B DC和“扫场”信号，使共振信号的谷点对应“扫场”信号的峰点或谷点，如图5所示。
图5 光磁共振的信号图像Ⅱ 当光磁共振发生时，满足量子条件：1(F B DC S h g B B B νμ=++e ⁄⁄) (2)通过仪器上的换向开关将直流磁场的方向倒转，此时可能观察不到共振信号。
通过改变水平场电流值调节B DC ，又可以看到共振信号，并调到如图6所示的状态，记下水平线场电流值，则有如下的量子条件成立：2(F B DC S h g B B B νμ-=-++e ⁄⁄) (3)图6 光磁共振信号图像Ⅲ 由（２）、（3）式得： 122()F B DC DC h g B B νμ=+ （4） 直流磁场B DC 可以通过读出两个并联线圈的电流之和I 来计算（亥姆霍兹线圈公式） 72/310516-⨯=r NI B DC π （T ） 式中N 和ｒ是两个水平线圈的匝数和有效半径，因为两个线圈是并联的，数字表显示的Ｉ值是流过两个线圈的电流之和。
以上介绍的是针对样品只存在一种原子的情况，事实上，样品中同时存在87Rb 和85Rb ，所以，一般在示波器上能先后看到两种原子造成的光磁共振信号，当改变射频信号频率时二者是交替出现的。
对每一种原子造成的共振信号都可以用上面介绍的方法测量其g F 因子。
我们要注意，g F 因子的值不仅与原子有关，而且还与量子数F 的值有关。
不难看出，我们测量的是87Rb 的5S 态中F =2的g F 因子，而对于85Rb 来讲，我们测量的是F=3的g F 因子。
我们能依据g F 因子的值来判断共振信号是哪一种原子引起的，因为两种原子的g F 因子之比为： 23)13(32)251(25)211(21)13(3)12(22)231(23)211(21)12(2)()(8587=+⨯⨯+-++++⨯⨯+-+++=Rb g Rb g F F实验步骤：1连接好仪器，先调节垂直磁场与地磁场垂直分量反向；水平场、扫场与地磁场水平分量反向，使扫场为方波、水平场电流为最小，调扫场幅度和垂直电流大小，使抽运信号最佳。
2改变扫场为三角波，再调节水平场、扫场与地磁水平分量方向一致。
3设定射频频率在某一个值，调节亥姆霍兹线圈电流大小，使其产生共振信号，并记录此时的电流（其中对应每一频率，有2 个共振电流分别与87b R 、85bR 相对应）。
4将水平场、扫场同时与地磁场水平分量反向；在射频频率不变的条件下，由小到大调节水平电流，并记录再次共振时的电流。
重复上述步骤，测量射频频率在600～900KHz 内。
实验数据: 亥姆霍磁线圈的参数1.测量g 33216105N H I r π-=∙∙⨯ F B h g Hνμ=731.3KHz ν= 水平场电流 10.447I A = 20.437I A =1 2.0852GS H = 22.0385GS H = 2.06185H GS =52.5310F g -=⨯2.测量地磁场:731.3KHz ν= 10.437I A = 20.434I A =B F h H gνμ=水平 12038.5GS H =22024.5GS H =()12/2 2.0315GS H H H =+=水平0.07A I =垂直 0.0205GS H =垂直2.0316H GS ==。
