当能级再分裂时,透射光再一次发生由小到大的变化过程,因此用方波扫场时,光抽运信号如图3.6-4所示。
在观察光抽运信号时,可按以下三种情况调节光抽运信号,并观察地磁场的影响,分析归纳产生光抽运信号的实验条件。(1)水平、垂直磁场为零,扫场与地磁方向相反;(2)改变垂直磁场的大小和方向;(3)扫场与地磁同向,改变水平磁场的大小和方向。
另外,调出光抽运信号后,可以利用光抽运信号再进一步调整实验系统,使信号达到最佳状态。同时要注意观察随着池温的改变,反映原子系统弛豫的和
(弛豫时间)的变化情况(池温不要超过
三、观察磁共振信号
加射频场,用三角波(或锯齿波)扫场,采取固定磁场,改变射频场频率的方式,使之满足共振条件(参考数据:87Rb
,85 Rb
=4.7×103MHZ/T),便可获得87Rb和85Rb的磁共振信号。固定频率改变场强,同样也可以获得上面的信号。磁共振信号如图26-5所示。实验要求在选择适当频率及场强的条件下,观察铷原子两种同位素的磁共振信号,并详细记录所有参量。
四、测量因子
由磁共振条件得
(
实验中如果测出和
,便可求得
值。然而实验中测得的磁场不是真正的共振磁场
,因为引起塞曼分裂的磁场还受到地磁水平分量和扫描直流分量等的影响。因此,引起能级塞曼分裂的磁场应记为
(
其中是由亥姆霍兹线圈产生的水平方向均匀磁场,在测得其励磁电流
、线圈有效半径
和每边匝数N后,便可由式
(
计算出其大小。
主要是扫场电流(包括其直流分量)形成的磁场,也包含地磁场及其他杂散磁场,这些场的大小都难以确定,故应在实验方法和数据处理中消除这些影响,才能求得正确的
值。这里可以采用两种方法:一是使水平恒定磁场换向,分别测出这两个方向的共振频率
和
,取平均值
,及
代入(26.9)式,便可算出
的值。另一种方法是用最小二乘法求出实验数据的拟合直线,由其斜率计算
值。把(
(26.12)若记
(
(3.6.14)则有
(3.6.15)
即共振频率和电流
是线性的关系,因此可先求出
和
,再根据
和
的关系求
。实验中要求保持扫场的幅度不变,而且在I取一系列值时总是对应于扫场信号的谷点或峰点测量共振频率
,这样才能保证
是不变的常数。
图3.6-5
五、测量地磁场
地磁场的垂直分量()可用光抽运信号来测定,当垂直恒定磁场刚才抵消地磁垂直分量时,光抽运信号最强。地磁水平分量(
)要用磁共振来测定,设
表示地磁水平分量,
表示扫场直流分量,当
、
与
三者同向,而满足共振条件时得
(
当、
方向同时改变,即它们与
反向而满足共振条件时得
(
把上面两式相减可求得
(
则当地“地磁场”的大小和方向为
(
(
【自检问题】
1.分别算出85Rb和87Rb的基态的理论值。并分析在固定磁场和固定频率两种情况下共振信号出现的次序。
2.为什么当磁场通过零点时,原子中已形成的偏极化要消失?
3.试画出85Rb能级图,并说明在右旋偏振光照射下的抽运过程(85Rb的I=5/2)。
4.为什么要滤去D2光?为什么不能用光作抽运光?