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光致发光实验报告

光致发光实验报告
光致发光实验报告

光谱

光致发光光谱(Photoluminescence,简称PL),指物质吸收光子(或电磁波)后重新

辐射出光子(或电磁波)的过程。从量子力学理论上,这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态,同时放出光子的过程。光致发光是多种形式的荧光(Fluorescence)中的一种。

光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法,它与材料无接触且不损坏材料。光直

接照射到材料上,被材料吸收并将多余能量传递给材料,这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时,多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的,这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。

光致发光光谱可以应用于:带隙检测,杂质等级和缺陷检测,复合机制以及材料品质

鉴定。

PL光致发光光谱测量系统

PL光致发光光谱测量系统介绍

光致发光(photoluminescence)即PL,是用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光。PL荧光测量系统是用短波长激光(如325nm/442nm等)激发材料(如GaN/ZnO)产生荧光,通过对其荧光光谱的测量,分析该材料的光学特性。典型应用于LED发光材料、半导体材料的研究。

系统组成:光源系统+分光系统+样品检测系统+数据采集及处理系统+软件系统+计算机系统

★常温系统可升级到低温系统

■ ZLX-PL-Ⅰ型(II型)PL光致发光光谱测量系统

体依赖外界光源进行照射,从而获得能量,产生激发导至发光的现象,它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段,光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁,都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧

产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究,涉及到杂质中心与点阵的相互作用,可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强,吸收及发射谱带都由窄变宽,温度效应也由弱变强,特别是猝灭现象变强,使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下,激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲[1] 线表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是,近年关于过热发光的研究,证明发光也

可以从比较高的振动能级起始,这在分时光谱中可得到直观的图像,反映出参与跃迁的声子结构。接近禁带宽度的激发态是比较丰富的,包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当

激发密度很高时,还可出现激子分子,而在间接带隙半导体内甚至观察到电子-空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象,它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中,最低的电子激发态是三重激子态,而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应:“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。能量更高的激发态是导带中的电子,包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带(或价带)中热平衡态的情况,通常可用电子(或空穴)温度(不同于点阵温度)描述它们的分布。实验证明,热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光,

尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带(或价带)内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。激发态的运动是发光中的重要过程,能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大,处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要,在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影光谱学是光学的一个分支学科,研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列。根据实验条件的不同,各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究,人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学...

简史 - 内容 - 分类 - 综述 - 应用

全息照相实验实验报告

物理与光电工程学院 光电信息技术实验报告 姓名:张皓景 学号: 班级:光信息科学与技术专业2011级2班实验名称:全息照相实验 任课教师:裴世鑫

一、实验目的 1.了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。 2.学习全息照相的拍摄方法和实验技术。 3.了解全息照相再现物像的性质、观察方法。 二、实验仪器 三、实验装置示意图 5底片 图1 全息照相光路 四、实验原理 全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明,利用干涉原理,把物体

在感光材料(全息干版)处的光波波前纪录下来,称为全息图。第二步利用衍射原理,按一定条件用光照射全息图,原先被纪录的物体光波的波前,就会重新激活出来在全息图后继续传播,就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体,而是与原物完全相同的一个三维像。 1.全息照相的纪录——光的干涉 由光的波动理论知道,光波是电磁波。一列单色波可表示为: 2cos(t )r x A πω?λ=+- (1) 式中,A 为振幅,ω 为圆频率,λ 为波长,φ 为波源的初相位。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂,但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加: 12cos(t )n i i i i i r x A πω?λ==+- ∑ (2) 因此,任何一定频率的光波都包含着振幅(A )和位相(ωt+φ-2πr/λ)两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图(1)所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束,一束经透镜扩束后照射到被摄物体上,再经物体表面反射(或透射)后照射到感光底片(全息干版)上,这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路,再由透镜扩大后直接投射到全息干版上,这部分光称为参考光。由于激光是相干光,物光和参考光在全息底片上叠加,形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光,在振幅上和相位上都不相同,所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同,相位不同使条纹的密度、形状不同。因此,被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来,经显影、定影等处理后,就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同,一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高,所以要求记录介质有较高的分辨率,通常达1000 条线/毫米以上,故不能用普通照相底片拍摄全息图。 2.全息照相的再现——光的衍射 由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象,而是复杂的干涉条纹,因此全息照片实际上相当于一个衍射光栅,物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像,必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片,这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中,用参考光波照射全息片时,经过底片衍射后有三部分光波射出。 0 级衍射光——它是入射再现光波的衰减。 +1 级衍射光——它是发散光,将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收,就等于接收了原被摄物发出的光波,因而能看到原物体的再现像。

南京大学-光磁共振实验报告

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 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 J J e e g 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 n S +对应于 n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为212 5S ,相应的朗德因子2J g =;铷原子的第一激发态能级 21 S J n P +对应于n=5,L=1,S=1/2,J=1/2、3/2,是双重态,即为212 5P 和232 5P ,相应的朗德因子 24 ,33J g = 。22132255P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=);223322 55P S →的跃迁产生光谱线2D 线(2780.0nm λ=)。本实验观测与1D 线有关的能级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。 通常原子核也具有角动量,记原子核的总角动量为P ,它是核中质子和中子的轨道角 动量和自旋角动量的矢量和,核的总角动量的数值I P = ,通常也称为核自旋, 其中I 称为核的自旋量子数,I 为整数或半整数,已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。 核的总角动量I P 的最大可测的分量值为 I 。当0I ≠时,原子核的总磁矩为

力学实验报告

力学实验报告 篇一:工程力学实验(全) 工程力学实验学生姓名:学号:专业班级:南昌大学工程力学实验中心目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验二金属材料的压缩试验实验三复合材料拉伸实验实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验实验六弯曲正应力电测实验实验七叠(组)合梁弯曲的应力分析实验实验八弯扭组合变形的主应力测定实验九偏心拉伸实验实验十偏心压缩实验实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验实验十三冲击实验实验十四压杆稳定实验实验十五组合压杆的稳定性分析实验实验十六光弹性实验实验十七单转子动力学实验实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比实验 1 2 6 9 12 16 19 23 32 37 41 45 47 49 53 59 62 65实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间:设备编号:温度:湿度:一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理引伸仪标距l =mm 实验前 2低碳钢弹性模量测定 E? 实验后 ?F?l = (?l)?A 屈服载荷和强度极限载荷 3载荷―变形曲线(F―Δl曲线)及结果四、问题讨论(1)比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能;(2)试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。 4篇二:工程力学实验报告工程力学实验报告自动化12级实验班 1-1 金属材料的拉伸实验一、试验目的 1.测定低碳钢(Q235 钢)的强度性能指标:上屈服强度ReH,下屈服强度ReL和抗拉强度Rm 。 2.测定低碳钢(Q235 钢)的塑性性能指标:断后伸长率A和断面收缩率Z。 3.测定铸铁的抗拉强度Rm。 4.观察、比较低碳钢(Q235 钢)和铸铁的拉伸过程及破坏现象,并比较其机械性能。 5.学习试验机的使用方法。二、设备和仪器 1.试验机(见附录)。 2.电子引伸计。 3.游标卡尺。三、试样 (a) (b) 图1-1 试样拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较,必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228-2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样,如图(1-1)所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接,以保证试样

磁共振实验报告

近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师

光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理,弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上,合理进行操作,从而观察到光抽运信号,并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光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。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已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。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子,天然铷有两种同位素;85Rb(占72.15%)和87Rb(占27.85%).选用天然铷作样品,既可避免使用昂贵的单一同位素,又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号.铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示.在磁场中,铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂.标定这些分裂能级的磁量子数m F=F,F-1,…,-F,因而一个超精细能级分裂为2F+1个塞曼子能级. 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF,μF与外磁场B0相互作用的能量为 E=-μF·B0=g F m FμF B0(1) 这正是超精细塞曼子能级的能量.式中玻尔磁子μB=9.2741×10-24J·T-1 ,朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)-I(I+1)] ? 2F(F+1)(2) 图1 其中g J= 1+[J(J+1)-L(L+1)+S(S+1)] ? 2J(J+1)(3) 上面两个式子是由量子理论导出的,把相应的量子数代入很容易求得具体数值.由式(1)可知,相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE=g FμB B0(4) 式中ΔE与B0成正比关系,在弱磁场B0=0,则塞曼子能级简并为超精细结构能级.

光磁共振实验报告

近代物理实验报告 光磁共振 班级物理081 学号 08180140 姓名周和建 时间 2011年4月27日

【摘要】 以光抽运为基础的光检验测磁共振的方法,使用DH807A型光磁共振实验装置来观察光抽运信号,进而测定铷原子两个同位素87Rb和85Rb的超精细结构塞曼子能级的朗德因子的测量。 【关键词】 光磁共振光抽运塞曼能级分裂超精细结构 【引言】 光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。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。 光磁共振方法现已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。 利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、实验原理 (一)铷(Rb)原子基态及最低激发态的能级 实验研究对象是铷的气态自由原子。铷是碱金属,它和所有的碱金属原子Li、Na、K一样,在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。铷的价电子处于第五壳层,主量子数n=5。主量子数为n的电子,其轨道量子数L=0,1, …,n-1。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(即L-S耦合)而发生能级分裂, 称为精细结构。轨道角动量P s、的合成角动量P J =P L +P S 。原子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=0和S=1/2,因此 Rb基态只有J=1/2。其标记为52S 1/2。铷原子最低激发态是52P 1/2 及52P 3/2 双重态。 这是由于轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2。52P 1/2态的J=1/2, 52P 3/2 态的J=3/2。 5P与5S能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第1条线,为双线。它在铷灯 光谱中强度是很大的。52P 1/2→52S 1/2 跃迁产生波长为7947.6?的D 1 谱线,52P 3/2 →52S 1/2跃迁产生波长7800?的D 2 谱线。 原子的价电子在LS耦合中,总角动量P J 与原子的电子总磁矩μ J 的关系为 (1) (2)

核磁共振实验报告

应物0903班 核磁共 振实验报告 王文广U8 苏海瑞 U8

核磁共振实验报告 一、实验目的 1.了解核样共振的基本原理 2.学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1.在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象,记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2.仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响,从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率,并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3.根据记录的数据计算扫场的幅度 4.研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5.观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象,并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1.核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μ和总角动量j P 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==为朗德因子,、是电子电荷和质量,称为玻尔磁子,为原子的旋磁比

对于自旋不为零的原子核,核磁矩j μ和自旋角动量j P 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-== 按照量子理论,存在核自旋和核磁矩的量子力学体系,在外磁场 0B 中能级将发生赛曼分裂,相邻能级间具有能量差E ?,当有外界条 件提供与E ?相同的磁能时,将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁,比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ ?= 的氢核发射能量为h ν的光子,当0= 2B h h γνπ 时,氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级,这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知,核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2.用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0= 2B h h γνπ 得到满足不是容易的,因为磁场不是容易控制,因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=,使氢质子能级能量差 ()0sin 2m h B B t γωπ +有一个变化的区域,调节射频场的频率ν,使射频场的能量h ν能进入这个区域,这样在某一瞬间等式 ()0sin 2m h B B t γωπ +总能成立。如图,

南京大学_光磁共振实验报告

光磁共振 (大学物理学院 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 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 J J e e g 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21 S J n S +对应于n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为212 5S ,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212 5P 和232 5P ,相应的朗德因 子24 ,33J g = 。221322 55P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=);22332 2 55 P S →的跃迁产生光谱线2D 线(2780.0nm λ=)。本实验观测与1D 线有关的能 级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。 通常原子核也具有角动量,记原子核的总角动量为P ,它是核中质子和中子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和,核的总角动量的数值I P = ,通常也称为核自旋,其中I 称为核的自旋量子数,I 为整数或半整数,已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。核的总角动量I P 的最大可测的分量值为I 。当0I ≠时,原子核的总磁矩为

光弹性实验报告

光弹性实验报告 一、 实验目的 1. 了解光弹性仪各部分的名称和作用,掌握光弹性仪的使用方 法。 2. 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。 3. 掌握平面偏正光场和圆偏振光场的形成原理, 和调整镜片(起 偏镜、 检偏镜、1/4波片)的方法。 4. 通过圆盘对径受压测量材料条纹级数 f ,并通过实验求出两 端受压方片中心截面上的应力。 5. 用理论公式计算出方片中心截面上的应力,并与实验得出的 数据相 比对,判断实验数据的准确性。 二、 实验原理和方法 首先引入偏振光的概念,如光波在垂直于传播方向的平面内只在 某一个 方向上振动,且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一个平 面内,则此种光波称为平面偏振光。 双折射:当光波入射到各向异性的晶体如方解石、云母等时,一 般会分 解为两束折射光线,这种现象称为双折射。 从一块双折射晶体上,平行于其光轴方向切出一片薄片,将一束 平面偏 振光垂直入射到这薄片上,光波即被分解为两束振动方向互相 垂直的平面偏振光,其中一束比另一束较快地通过晶体。于是,射出 薄片时,两束光波产生了一个相位差。这两束振动方向互相垂直的平 面偏振光,其传播方向一致,频率相等,而振幅可以改变。设这两束 平面偏振光为: u 1 a 〔sin ( t ) ( 1) u 2 a 2sin ( t ) (2) 式中 a i a 2 —振幅 —两束光波的相位差 将上述两方程(1)(2)合并,消去时间t ,即得到光路上一点的 合成光矢量末端的运动轨迹方程式,此方程式在一般的情况下是一个 椭圆方程,如果31 a 2 a , -,则方程式成为圆的方程: 2 U 2 u f a 2 (3) 光路上任一点合成光矢量末端轨迹符合此方程的偏振光称为圆 偏振光,

光泵磁共振实验报告

铷原子的光泵磁共振实验 学号 姓名: 实验日期: 指导老师: 【摘要】 在本实验中我们运用光泵磁共振技术,研究了铷原子的光抽运信号和磁共振信号,最终测量得87 Rb 的朗德F g 因子为0.4981,85Rb 的朗德F g 因子为0.3348,以及地磁场的大小为0.4245GS. 关键词:光抽运、磁共振、超精细结构、塞曼子能级、朗德F g 因子 一、引言: 光泵,也称光抽运,是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级或塞曼子能级间粒子数的非热平衡分布的实验方法。光泵磁共振技术实际上是将光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术,它是1955年法国科学家卡斯特勒(A.Kastler )发明的。在光泵磁共振技术中,一方面光抽运改变了磁能级上的粒子数分布,使更多的粒子参与磁共振;另一方面采取光探测的方法而不直接测量射频量子,从而克服了磁共振信号弱的缺点,把探测灵敏度提高了七八个数量级。如今,光泵磁共振已广泛应用于基础物理研究,比如原子的磁矩、能级结构和g 因子测量。此外,在原子频标、激光及弱磁场测量等方面,这一方法也是极为有利的实验手段。 本实验研究铷原子的光泵磁共振现象,并测量铷原子的朗德g 因子和地磁场强度。 二、 原理: 实验研究的对象是Rb 原子,其最外层有一个价电子,位于5s 能级上,因此其电子轨道角动量量子数L=0,电子自旋轨道角动量量子数s=1/2.其总角动量量子数 s L S L S L J --++= ,1,。所以Rb 原子的基态只有2/1=J ,标记为2/125S 。5P 与基 态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线,谱线为双线。2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁 产生的谱线为D1线,波长是794.8nm ;2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁产生的谱线为D2线,波长是 780.0nm 。 在核自旋I=0时,原子的价电子经L-S 耦合后总角动量和原子的总磁矩的关系为 2J J J e e g P m μ =- (1)

3.光磁共振实验预习报告

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。其标记为521/2S 。铷原子最低激发态是 3/22P 5及1/22P 5。1/22P 5态的J=1/2, 3/22P 5态的J=3/2。5P 于5S 能级之间产生的跃迁是 铷原子主线系的第1条线,为双线。它在铷灯光谱中强度是很大的。1/22P 5→1/22S 5跃迁产

郑州大学实验力学报告

实验力学实验报告(郑州大学力学实验中心编制) 院系:力学与工程科学学院 专业:安全工程 年级:2012 班级: 1 姓名:周备堂 学号:20120690145 成绩:评阅老师:

目录 实验 1 应变计横向效应系数测定 实验 2 应变计灵敏系数测定和机械滞后 实验 3 薄壁圆管内力测定 实验 4 应变计的粘贴 实验 5 动态应变信号数据采集 实验 6 光弹性实验 实验7 实验8 实验9 实验10 实验11 实验12 ……… 1

实验 1 应变计横向效应系数测定 实验目的: 用等强度梁测定BX120-5AA、BZ120-5AA应变计横向效应系数H 实验设备: 等强度梁、应变计砝码 小组名单:周备堂朱全力陈恒啸 实验日期:2014年10月29 日 实验原理: 1、应变计的横向效应系数用来表征应变计横向效应的大小,定义为用同一单向应变分别作用于同一应变计的栅宽与栅长方向,前者与后者所得电阻变化率之比(百分数表示)称为应变计的横向效应系数,用H表示,即: H= ΔR h/R ΔR l/R ζ表示栅丝单位长度的电阻值,K L与Kt分别表示长度和宽度丝材的应变灵敏度,则经过推导可到: H= Bζt K t nLζL K L 2、如图粘贴应变计,则可推出: εd1= 1 1-μ0H (εL+HεB)εd2= 1 1-μ0H (εB+HεL) εL= 1-μ0H 1-H2(εd1-Hεd2)εB= 1-μ0H 1-H2(εd2-Hεd1) H= ε2+μ0ε1 ε1+μ0ε2 (本实验中μ0=0.3,R=120Ω,K=2.00) 原始记录: 纸基应变片分级加载三次实验所得数据如下表: 2

光磁共振实验讲义

25P 1 2 794.76nm 780.0nm Fig.1 铷原子精细结构的形成 光磁共振讲义 一、 讲课形式(时间安排) 40分钟理论及相关知识的讲述,15分钟仪器介绍及操作演示。 二、 教学要求 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。 三、 实验原理 1.概念介绍 1) 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。 2) 如何提高探测灵敏度: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。 3) 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。 2.铷原子的能级分裂(精细结构的形成) 1) 研究对象:铷(Rb )的气态自由原子,价电子处于第五电子层,主量子 数n=5,轨道量子数L=0,1,…,n-1,电子自旋量子数S=1/2 2) 原子精细结构的形成: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 3) 铷原子基态与最低激发态的形成:用J 表示电子总角动量量子数,J=L+S,L+S-1,…,|L-S| 4) 对于基态,L=0,S=1/2,得J=1/2,标记 为21/25S ;对于最低激发态,L=1,S=1/2, 得J=3/2,1/2,标记为22 3/21/25,5P P ,如右 图所示,形成两条谱线。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________ 一、0i =时,测定光栅常数和光波波长 光栅编号:___2____;?=仪___1’___;入射光方位10?=__7°6′__;20?=__187°2′__。 由衍射公式,入射角0i =时,有sin m d m ?λ=。 代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′,求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角,得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1

()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1,()576.80.5nm λ=±黄2,()435.70.4nm λ=±紫 由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近,但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值(给定的绿光波长与级数为准确值),而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差,观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。 二、150'i =?,测量波长较短的黄线的波长 光栅编号:___2____;光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__;2n ?=__172°1′__。

钟浩鹏 光泵磁共振实验报告

扬州大学物理科学与技术学院 近代物理实验论文实验名称:光泵磁共振实验及地磁场的测量 班级:物教1301班 姓名:钟浩鹏 学号:130801131 指导老师:王文秀

光泵磁共振实验报告 摘要:在本实验中,我们通过调节水平磁场,竖直磁场和扫场观察了抽运信号和光泵磁共振现象。通过测量水平磁场的电流值并计算得到铷的朗德因子g。同时通过地磁场水平分量与总磁场和扫场的关系,计算出地磁场的水平分量大小。由于装置的摆放决定了总场沿水平方向时共振信号最强,由此测量了地磁场竖直分量的大小,从而测得了地磁场的大小和方向。In this experiment, we adjust the horizontal magnetic field, the vertical magnetic field and sweeping field observed the pumping signal and optical pump magnetic resonance phenomenon. By measuring the level of the current value of the magnetic field and calculate the rubidium land factor g. At the same time through the geomagnetic field level component to the total magnetic field and sweeping field, the relationship between size to calculate the horizontal component of the geomagnetic field. Put the device determines the strongest resonance signal when PLD along the horizontal direction, thus to measure the size of the vertical component of geomagnetic field, so as to have the size and direction of the magnetic field. 关键词:光抽运;光泵磁共振;地磁场 一、引言 光泵也称光抽运,是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级及塞曼子能级间粒子数的非平衡分布的实验方法。光泵磁共振技术于1955年由法国科学家卡斯特勒发明,它是将光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术,这种技术最早实现了粒子数反转。气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱,普通方法很难探测。本实验利用光泵磁共振方法克服了磁共振信号弱的特点,将探测灵敏度提高了七八个数量级,能在弱磁场下精确检测原子能级的超精细结构。本实验研究Rb原子的光泵磁共振现象,天然Rb有两种同位素: 85 Rb(丰度为72.15%)、87 Rb(丰度为27.85%)。 二、实验原理 1.铷原子基态和最低激发态的能级 铷(Z=37)是一价金属元素,天然铷中含量大的同位素有两种:87Rb,占27.85 %和85Rb,占72.15%。它们的基态都是52S1/2。 图1 Rb原子精细结构的形成 在L—S耦合下,形成双重态:52P1/2和52P3/2,这两个状态的能量不相等,产生精细分裂。因此,从5P到5S的跃迁产生双线,分别称为D1和D2线,如图1所示,它们的波长分别是794.76nm和780.0nm。

核磁共振实验报告

核磁共振实验报告 一、实验目的: 1.掌握核磁共振的原理与基本结构; 2.学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析; 3.了解核磁共振在实验中的具体应用; 二、实验原理 核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子,其自旋运动将产生磁矩,但并非所有同位素的原子核都有自旋运动,只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。 原子核可按I的数值分为以下三类: 1)中子数、质子数均为偶数,则I=0,如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数,另一为基数,则I为半整数,如: I=1/2;1H、13C、15N、19F、31P等; I=3/2;7Li、9Be、23Na、33S等; I=5/2;17O、25Mg、27Al等; I=7/2,9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数,则I为整数,如2H、6Li、14N等。 以自旋量子数I=1/2的原子核(氢核)为例,原子核可当作电荷均匀分布的球体,绕自旋轴转动时,产生磁场,类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时,相对于外磁场,可以有(2I+1)种取向: 氢核(I=1/2),两种取向(两个能级): a.与外磁场平行,能量低,磁量子数m=+1/2; b.与外磁场相反,能量高,磁量子数m=-1/2;

正向排列的核能量较低,逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差:△E= μH0(μ磁矩,H0外磁场强度)。一个核要从低能态跃迁到高能态,必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射,当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时,处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振,简称NMR。三、仪器设备结构 核磁共振波谱仪(仪器型号:Bruker AVANCE 400M)由以下三部分组成:1)操作控制台:计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。 计算机主机运行Topspin程序,负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜:AQS(采样控制系统)、BSMS(灵巧磁体系统),VTU(控温单元)、 各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲,并接收,放大,数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作,这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS:这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制,负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统:自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。 本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的磁场。室温匀场系统被安装在磁体的下端,是一组载流线圈,通过补充磁场均匀度来改善磁场一致性。探头的功能是支撑样品,发射激发样品的射

衍射光强分布测量实验报告.docx1

衍射光强分布的测量 1008406006 物理师范陈开玉 摘要:为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律,本实验设计了基于水平光路的测量方法。运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大,并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。 关键词:衍射自动光强记录仪单缝多缝 一、引言 光的衍射现象是光的波动性的重要表现,并在实际生活中有较多应用,如运用单缝衍射测量物体之间的微小间隔和位移,或者用于测量细微物体的尺寸等。本实验要求通过观察、测量夫琅禾费衍射光强分布,加深对光的衍射现象的理解和掌握。 二、实验原理 1,衍射的定义: 波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象,一切波都会发生衍射现象,而光也是波的一种, 光在传播路径中,遇到不透明或透明的障碍物或者小孔(窄缝),绕过障碍物,产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环,叫衍射图样2,光的衍射分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射, 夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远,即平行光的衍射;而菲涅尔衍射是指光源和观察点距障碍物为有限远的衍射.本实验研究的只是夫琅禾费衍射.实际实验中只要满足光源与衍射体之间的距离u,衍射体至观察屏之间的距离v都远大于就满足了夫琅禾费衍射的条件,其中a为衍射物的孔径,λ为光源的波长. 3,单缝、单丝衍射原理:

如上图所示,a为单缝宽度,缝和屏之间的距离为v,为衍射角,其在观察屏上的位置为x,x离屏幕中心o的距离为OX=,设光源波长为λ,则有单缝夫琅禾费衍射的光强公式为: 式中是中心处的光强,与缝宽的平方成正比。 若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中,则所成函数图象大致如下 除主极强外,次极强出现在的位置,它们是超越方程的根,其数值为: 对应的值为 当角度很小时,满足,则OX可以近似为 因而我们可以通过得出函数中次级强的峰值的横坐标只差来确定狭缝的宽度a 4,多缝衍射和干涉原理

光磁共振实验剖析

光泵磁共振 光泵磁共振的基本思想是卡斯特勒(A.Kastlar)在50年代提出的,它是利用光抽运(0ptical pumping)效应来研究原子基态和激发态的超精细结构塞曼子能级间的磁共振。这个磁共振信号是非常弱的,而本实验应用了光泵的光检测的方法,使磁共振分辨率高(可达10-11T)的优点得到了保持,同时还能将探测灵敏度至少提高10个左右数量级。此方法不仅可以用于基础性研究,对于其它实用测量技术方面也有广泛的应用。实验中是以天然铷(Rb)为样品,研究碱金属铷原子基态光磁双共振。 一、实验目的 (1)掌握光抽运和光检测的原理和实验方法,加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。 (2)测定铷同位素85Rb和87Rb的g F因子、地磁场垂直和水平分量。 实验重点:实验装置中磁场的作用。 实验难点:光磁共振的应用—地磁场的测量 二、实验原理 光泵磁共振就是用光来检测和发现磁共振。这种磁共振可发生在一组塞曼能级之间或超精细结构之间,而不限定原子或分子是处于基态还是处于激发态,由于光子能量是射频量子能量的106~107倍,通过检测光子来探察射频量子的吸收或发射容易得多。 1、铷原子基态和最低激发态的能级 天然铷中含量大的同位素有两种:85Rb占72.15%,87Rb占27.85%。 由于电子轨道总角动量P L与自旋总角动量P S的LS耦合,使原子能级具有精细结构,用电子的总角动量量子数J表示:J=L+S,…,|L—S|。铷的基态,轨道量子数L=0,自旋量子数S=1/2,只有J=1/2一个态52S1/2。铷原子的最低激发态,轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2,则有双重态52P3/2态J=3/2和52P1/2态J=1/2。 已知核自旋I=0的原子的价电子LS耦合后,总角动量P J与原子总磁矩μJ的关系为:μJ=–g J eP J/(2m e)(1) J(J+1)—L(L+1)+S(S+1) g J=1+ ───────────────(2) 2J(J+1) 但铷原子的核自旋I≠0。所以核自旋角动量P I与电子总角动量P J耦合成原子总角动量

弹塑性力学读书报告

应用弹塑性力学读书报告 刘艳 10076139019 河北工程大学土木工程学院建筑与土木工程专业 摘要:弹塑性力学是研究可变形固体受到外力作用或温度变化的影响而产生的应力、应变和位移及其分布变化规律。它由弹性理论和塑性理论组成。弹性理论研究弹性体在弹性阶段的力学问题,塑性理论研究经过抽象处理后的可变性固体在塑性阶段的力学问题。弹塑性力学就是研究经过抽象化的可变性固体,从弹性阶段到塑性阶段、直至最后破坏的整个过程的力学问题。 关键字:弹塑性力学弹性阶段塑性阶段假设求解方法弹塑性力学是固体力学的一个重要分支,是研究可变形固体变形规律的一门学科。研究可变形固体在荷载(包括外力、温度变化等作用)作用时,发生应力、应变及位移的规律的学科。它由弹性理论和塑性理论组成。弹性变形阶段是指当外力小于某一限值(通常称为弹性极限荷载)时,在引起变形的外力卸除后,固体能完全恢复原来的形状,这种能恢复的变形称为弹性变形,而固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段。塑性变形阶段是外力一旦超过弹性极限荷载,这时再卸除荷载,固体也不能恢复原状,其中有一部分不能消失的变形被保留下来,这种保留下来的永久变形就称为塑性变形,从而这一阶段就称为塑性阶段。弹塑性力学也是连续介质力学的基础和一部分,它包括:弹塑性静力学和弹塑性动力学。

塑性力学和弹性力学的区别在于,塑性力学考虑物体内产生的永久变形,而弹性力学不考虑;和流变学的区别在于,塑性力学考虑的永久变形只与应力和应变的历史有关,而不随时间变化,而流变学考虑的永久变形则与时间有关。工程上常把脆性和韧性也作为一种概念来讲,它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小。若变形很小就破坏,这种性质称为脆性;能够经受很大变形才破坏,称为韧性或延性。通常,脆性固体的塑性变形能力差,而韧性固体的塑性变形能力强。 在塑性理论中,由于实际固体材料在塑性阶段的应力----应变关系过于复杂,若采用它进行理论研究和计算都非常复杂,因此,同样需要进行简化处理。常用的简化模型可分为两类:即理想塑性模型和强化模型。理想塑性模型又分为理想弹塑性模型和理想刚塑性模型。 在单向应力状态下,强化模型的特征如图0.2所示。强化模型又分为:线性强化弹塑性模型、线性强化刚塑性模型、幂次强化模型。

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