1、現(xiàn)代物理演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：電子自旋共振名稱：同事：地圖老師：分?jǐn)?shù)：學(xué)科：類：日期：說明：二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)日志表四、測試結(jié)果的計(jì)算1、磁場計(jì)算公式B0=ko *(uo * no *(r 2)* io)/(r 2)(x 2)0.5)正在樣式中：Uo -真空中的滲透率，uo=4 * PI * 10E(-7)(heng/m)r-helm holtz線圈半徑(m)常開觸點(diǎn)-恒定磁場燈數(shù)Ns -掃掠線圈燈數(shù)Io -通過正常場線圈的電流(a)通過is-掃掠線圈的最大電流x是兩個(gè)線圈之間距離的一半。對于亥姆霍茲線圈，x=r/2ko-磁場線圈系數(shù)2，g系數(shù)計(jì)算公式根據(jù)共振時(shí)的Io計(jì)算磁場

2、，然后將測量的頻率和其他常數(shù)賦予共振表示法Hv=gJ*uB*B正在樣式中：UB -玻璃磁性，UB=0.9273 * 10E(-23)(J/T)h-flank常數(shù)，h=6.626*10E(-34) (J/S)結(jié)果計(jì)算記錄表地磁場的計(jì)算方法如下：地磁場=(B-B-)/23、錯(cuò)誤計(jì)算中國石油大學(xué)現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課：材料2班名：教坊宇等組：杜勝老師：周立夏光泵磁共振實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察銣原子光抽運(yùn)信號，加深對原子超精密結(jié)構(gòu)的理解2.觀察了銣原子的磁共振信號，并測量了銣原子超精密結(jié)構(gòu)塞曼的能量級上的朗德因子。學(xué)習(xí)用光磁共振方法測量地磁場實(shí)驗(yàn)原理1.Rb原子基態(tài)和最小激發(fā)態(tài)的能級第一激發(fā)能級5P和基態(tài)5S之間

3、的轉(zhuǎn)移是銣原子本線的第一條譜線，線是雙線。由52P1/2到52S1/2之間的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的譜線為D1線，波長為794nm是。從52P1/2到52S1/2的轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的譜線為D2線，波長為780nm。核自旋I=0中原子的價(jià)電子L-S耦合后總角動(dòng)量PJ與原子總磁矩J的關(guān)系J=-gJe2 (1)GJ？1？J(J)？1)？L(L)？1)？S(S)？1)2J(J)？1) (2)I0、87Rb、I=3/2；對于85Rb，I=5/2。總角動(dòng)量F=I J，| I-J | 87Rb基態(tài)F具有F=2和F=1；有兩個(gè)值。85Rb基準(zhǔn)狀態(tài)具有F=3和F=2。用f量子數(shù)表示的能級稱為超微結(jié)構(gòu)能級。原子的總角動(dòng)量和總磁矩的關(guān)

4、系是F=-gFe2mPF (3)GF？GJF(F)？1)？J(J)？1)？I(I)？1)2F(F)？1) (4)磁場中原子的超微結(jié)構(gòu)能級分裂，磁量子數(shù)MF=f，f-1，-F，分開2f 1能量間距基本相同的semanzi能量準(zhǔn)尉。在弱磁場條件下求解Rb原子狀態(tài)Xue dingming方程，能量本征值為e？E0？-嗯？h2F(F)？1)？J(J)？1)？I(I)？1)？GFmF？BB (5)(5)食基狀態(tài)52S1/2的兩個(gè)超細(xì)水平之間的能量差異如下-嗯？EF？啊F(F)？1)？F(F)？1) (6) 2相鄰semanzi級別之間( MF=1)的能量差異是多少？EmF？GF？BB0(7)圓形偏振光對

5、Rb原子的激發(fā)和光抽運(yùn)效應(yīng)如果電子在原子能級之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，必須滿足總能量和總角動(dòng)量的守恒。一定頻率的光，能量差可以成為原子能級之間的轉(zhuǎn)移(能量守恒)。入射光為l-圓偏振(角動(dòng)量)時(shí)，量子力學(xué)提供了轉(zhuǎn)移定律嗎？l？-嗯？1，f？0，1，MF？-嗯？1(角動(dòng)量保留)。87-嗯？入射光為D1時(shí)？廣西Rb的52S1/2狀態(tài)和52P1/2狀態(tài)的磁量子數(shù)mF的最大值為2，MF=2低級粒子不能轉(zhuǎn)移，因?yàn)橹挥衜F=1的轉(zhuǎn)移才能生成，如果原子經(jīng)過沒有輻射的轉(zhuǎn)移過程，從52P1/2返回到52S1/2，則粒子在基態(tài)每個(gè)子能量級別的概率相同，因此在多個(gè)周期后，在基態(tài)mF=2的子能量級別上粒子數(shù)將顯著增加。也就是說，許

6、多粒子被“泵送”到基態(tài)MF=2的子能量階段。這是光抽運(yùn)效果。3.緩解過程在熱平衡狀態(tài)下，基態(tài)各子能級上的粒子數(shù)是否取玻耳茲曼分布n？N0exp(？e(8) kT由于每個(gè)較低級別的能量差異很小，因此可以近似地表示每個(gè)級別的粒子數(shù)相等。光抽運(yùn)大大增加了能量級之間的粒子數(shù)差異，使系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了熱平衡分布狀態(tài)。系統(tǒng)從熱平衡分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崞胶夥植紶顟B(tài)的過程稱為緩解過程。本實(shí)驗(yàn)中涉及的一些主要緩解過程如下：1、銣原子與容器壁的碰撞：原子返回?zé)崞胶夥植嫉淖幽芗壷g發(fā)生轉(zhuǎn)移。2、銣原子間的碰撞：自旋-自旋交換弛豫引起的部分極化損失。3，銣原子與緩沖氣體的碰撞：緩沖氣體的分子磁矩很小，對原子的部分極化影響很小

7、。4.塞曼齊能級間的磁共振-嗯？-嗯？-嗯？在垂直方向上添加到B0的圓形頻率是？1 RF字段B1？B1(excos(？1t？Eysin(？1t)，時(shí)h-嗯？1？-嗯？EmF？GF？在FB0(9)中，semanzi級別之間發(fā)生磁共振。抽2？-嗯？基底狀態(tài)mF？-嗯？2子能級上的大量粒子是在RF場B1的作用下誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移，即mF產(chǎn)生的嗎？-嗯？2跳滿足共振條件轉(zhuǎn)到MF？-嗯？1.光泵的存在是否導(dǎo)致了mF？-嗯？二次能級的粒子將再次抽運(yùn)。MF？-嗯？2在子能級上，感應(yīng)轉(zhuǎn)移和光抽運(yùn)將達(dá)到新的平衡。發(fā)生磁共振的時(shí)候是因?yàn)閙F嗎？-嗯？2子能級的粒子數(shù)比未共振的粒子數(shù)多，因此對于D1？-嗯？光的吸收增加。5.

8、光探測樣品氣泡發(fā)出D1線的光嗎？-嗯？一方面起到光抽運(yùn)操作的作用，另一方面，通過樣品的光也可以作為探測光兼用。通過樣品測量D1？光強(qiáng)度的變化得到磁共振的信號，實(shí)現(xiàn)磁共振的光探測，將一個(gè)低頻RF光子(1-10 MHz)巧妙地轉(zhuǎn)換為一個(gè)光頻波數(shù)光子(108 MHz)，信號功率增加7-8個(gè)供求。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由五部分組成：主體裝置、主電源、輔助源、RF信號發(fā)生器和示波器(見圖1)。-嗯？圖1光磁共振實(shí)驗(yàn)裝置方框圖圖2本體單位示意圖主機(jī)如圖2所示。利用高頻無極放電Rb燈的光源具有穩(wěn)定性好、噪音小、光線強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于D2線容易受到D2線的光抽運(yùn)，因此使用透射比大于60%且?guī)捫∮?5nm的干涉過濾器

9、可以很好地過濾D2線。使用高碘硫酸根奎寧偏光板和約40微米云母1/4波長板，產(chǎn)生左手偏振K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.光抽運(yùn)信號觀測：1)“垂直場”、“水平場”、“掃描場”旋鈕最小化，RF信號發(fā)生器“幅度調(diào)整”最小化，打開主電源開關(guān)和全溫度開關(guān)，約30分鐘后燈溫度、全溫度指示燈亮。2)調(diào)整“水平場”旋鈕，將水平磁場線圈電流的大小調(diào)整到0.20A以下，將指南針放在吸收罐上，判斷水平磁場和地磁場的方向關(guān)系，改變水平場方向，使水平場方向與地磁場的水平方向相反，然后取下指南針，將水平磁場線圈電流調(diào)整到最小。3)調(diào)整選擇“方波”的掃場方法、大掃場大小。將指南針放在吸收臺上，并改變掃掠的方向?qū)呙鑸龇较蛟O(shè)置為與地磁場水平

10、分量的方向相反，然后松開指南針。(4)預(yù)設(shè)垂直場電流為0.07A，抵消地磁的垂直分量，然后調(diào)整使光抽運(yùn)信號振幅高的掃描場。光磁共振信號觀測1)選擇掃頻場方法“三角波”，保持振幅為1狀態(tài)，將水平磁場方向、掃頻場方向和地磁場水平分量設(shè)置為相同值，調(diào)整RF信號發(fā)生器“振幅調(diào)整”旋鈕，使RF信號峰值為4.5V。當(dāng)水平場電流分別為0.24A、0.20A和0.18A時(shí)，讀取相應(yīng)的頻率1。(2)按水平場方向開關(guān)，使水平場方向與地磁場的水平分量和掃場方向相反。用上述方法可獲得2，用公式(7-3-10)可獲得gF系數(shù)。地磁測量1)與gF因子法相似，首先通過使掃場和水平場與地磁場的水平分量方向相同來測量 1。(2

11、)按掃場和水平場方向開關(guān)，掃場、水平場方向與地磁場的水平分量方向相反，得到3。這樣可以得到(7-3-14)式地磁水平分量Be/，并且Be=(B2e/B2e？)得到地磁場的大小。3)垂直磁場是在下面計(jì)算的嗎？-嗯？二分之一32？NI-嗯？10？7 (T)(7-3-15)3/25r其中n和r是兩個(gè)垂直磁場線圈每一側(cè)的線圈燈和線圈有效半徑。因?yàn)檫B接了兩個(gè)垂直場線圈，所以數(shù)字表格中顯示的I值是通過單個(gè)線圈的電流。表7-3-1制造商提供的線圈參數(shù)一、gF因子測量表1測量gF數(shù)據(jù)表使用(7-3-11)BDC？h(？1？-嗯？2)16？NI？7-嗯？可以計(jì)算10 b的DC，表達(dá)式(7-3-10)gF嗎？3/

12、25r2？BBDC計(jì)算GF。其中n和r可從表7-3-1中讀取。使用方法(7-3-12)包括：gf(Rb)/gf(Rb)=0.5044/0.3371=1.4997因此，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果基本上與理論一致。二、地磁場測量表2地磁場數(shù)據(jù)表測量8785利用(7-3-15)垂直方向地磁場的平均強(qiáng)度為：b？-嗯？地磁場的強(qiáng)度大小為：32？你5r-嗯？10？7？5.87？10？4(T)5.8736六、考試問題1、光抽運(yùn)物理過程如何？會(huì)產(chǎn)生什么后果？光抽運(yùn)物理過程如下：氣體原子接受D1嗎？-嗯？調(diào)查L-圓偏振時(shí)是否符合光躍遷選擇規(guī)則？f？0，1，MF？-嗯？進(jìn)行1，轉(zhuǎn)移，D1導(dǎo)致只能在從5S1/2級到5P1/2級

13、的激發(fā)轉(zhuǎn)移中生成？光子的角動(dòng)量是？H/222？-嗯？MF？-嗯？1的轉(zhuǎn)移。基底狀態(tài)MF？-嗯？2亞水平原子吸收光子后會(huì)轉(zhuǎn)移到MF嗎？-嗯？3的狀態(tài)，但是5P1/2角能量級別是MF嗎？-嗯？2.所以基底狀態(tài)的MF？-嗯？二次能級粒子不能轉(zhuǎn)移。2第三次現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)PN結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系的研究全息光學(xué)邁克爾遜干涉儀PN結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解PN聯(lián)接的正向壓力降與正向電流的基本關(guān)系并確定PN聯(lián)接IF？VF特性曲線和玻耳茲曼常量。2.映射PN聯(lián)接正向壓降溫度變化的關(guān)系曲線，以確定靈敏度和PN聯(lián)接材質(zhì)的帶隙寬度。學(xué)習(xí)用PN接頭測量溫度的一般方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.在半導(dǎo)體物理學(xué)中，PN結(jié)正向電流IF和正向電壓VF滿足以下關(guān)系：IF？IS(expEVF-嗯？1) kTe是電子電荷，k是玻爾茲曼常量，t是熱力學(xué)溫度。IS是反向飽和電流，是與PN連接材料的帶隙寬度和溫度相關(guān)的系數(shù)，不會(huì)隨睡眠電壓變化而變化。室溫下，exp為：IF？ISexpEVF-嗯？-嗯？KT中的1EVFKT這是IF嗎？如果可以測量VF關(guān)系，IF？測量VF關(guān)系曲線，e/kT，溫度t，就能得到玻爾茲曼常