光磁共振

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更新時間: 2013-09-05

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光磁共振是原子、分子的光學頻率的共振與射頻或微波頻率的磁共振同時發生的雙共振現象。在光磁共振實驗中,一方面通過光抽運增加磁共振能級間的布居數差;另一方面又用量子能量比射頻或微波量子能量大106~107倍的可見光或紫外線探測磁共振信號。

光磁共振 -光磁共振

 

光磁共振 -正文
  原子、分子的光學頻率的共振與射頻或微波頻率的磁共振同時發生的雙共振現象。
  對於原子或分子的基態磁共振,由於原子束、分子束或氣體狀態的原子、分子密度低,信號非常微弱,難於直接觀察到共振信號。利用光束,先把這些原子或分子抽運到激發態(即受激態),然後讓它再返回基態,如抽運光的頻率或偏振合適,可以增加基態各子能態之間的布居數差,這時再觀察基態磁共振,共振信號就大為加強。圖1表示了199Hg原子的能級,核自旋量子數I=1/2,基態為1So。總角動量量子數F=1/2,激發態的一個超精細能級為3P1,F=1/2態。在磁場中,基態和激發態各分裂為兩個子能級。若用左旋圓偏振δ+的共振光把原子從基態F=1/2的mF=-1/2子能級抽運到激發態F=1/2的mF=1/2子能級上,經過激發與自發輻射多次反覆,能使大部分原子布居在基態的mF=1/2子能級上,從而使基態的兩個子能級的粒子布居數差大為增加,極大地增強了此二子能級間的磁共振信號。
  對於原子或分子激發態的磁共振,由於激發態的粒子數非常少(甚至粒子密度較高的凝聚態也是如此),而不可能直接觀察到這些激發態的磁共振現象。但若用光頻率的共振把這些原子或分子抽運到所要研究的激發態上,只要抽運光足夠強,就可產生足夠多的處於激發態的粒子布居數。再觀察激發態的磁共振,就可獲得很強的共振信號。

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光磁共振光磁共振

  圖2表示了質量數為偶數的Hg同位素原子能級。核自旋I=0;基態為1So態;激發態為3P1態,在磁場中分裂為三個子能級。若用可偏振的共振光把原子從基態抽運到激發態的mJ=0的子能級上,只要光強足夠大,處在激發態的原子就足夠多。從激發態mJ=0子能級自發躍遷回到基態,產生π偏振熒光。當發生磁共振時, 原子從mJ=0的子能級躍遷到mJ=1或mJ=-1的子能級上,從這兩個子能級自發躍遷產生熒光是σ+σ-偏振的,只要檢測熒光偏振狀態的改變,便可檢測到來自激發態的很強的磁共振信號。
  在光磁共振實驗中,一方面通過光抽運增加磁共振能級間的布居數差;另一方面又用量子能量比射頻或微波量子能量大106~107倍的可見光或紫外線探測磁共振信號。這就使磁共振信號探測靈敏度大大增加。而且由於有效地消除了多普勒增寬(見譜線增寬),與傳統的光譜方法相比,解析度要高得多。光磁共振方法在測定許多原子(包括短壽命稀有同位素)的g因子、超精細結構常數等方面取得了成果。

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  參考書目
 B.Cagnac,Ann.Phys.,No.6,p.467,1961.

 

光磁共振 -配圖

 

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