光磁共振

[拼音]：guangci gongzhen

[外文]：opto-magnetic resonance

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双共振现象。

对于原子或分子的基态磁共振，由于原子束、分子束或气体状态的原子、分子密度低，信号非常微弱，难于直接观察到共振信号。利用光束，先把这些原子或分子抽运到激发态（即受激态），然后让它再返回基态，如抽运光的频率或偏振合适，可以增加基态各子能态之间的布居数差，这时再观察基态磁共振，共振信号就大为加强。图1表示了¹⁹⁹Hg原子的能级，核自旋量子数I=1/2，基态为¹S_o。总角动量量子数F＝1/2，激发态的一个超精细能级为³P₁，F＝1/2态。在磁场中，基态和激发态各分裂为两个子能级。若用左旋圆偏振δ₊的共振光把原子从基态F=1/2的m_F=-1/2子能级抽运到激发态F=1/2的m_F=1/2子能级上，经过激发与自发辐射多次反复，能使大部分原子布居在基态的m_F=1/2子能级上，从而使基态的两个子能级的粒子布居数差大为增加，极大地增强了此二子能级间的磁共振信号。

对于原子或分子激发态的磁共振，由于激发态的粒子数非常少(甚至粒子密度较高的凝聚态也是如此)，而不可能直接观察到这些激发态的磁共振现象。但若用光频率的共振把这些原子或分子抽运到所要研究的激发态上，只要抽运光足够强，就可产生足够多的处于激发态的粒子布居数。再观察激发态的磁共振，就可获得很强的共振信号。

图2表示了质量数为偶数的Hg同位素原子能级。核自旋I=0;基态为¹S_o态;激发态为³P₁态，在磁场中分裂为三个子能级。若用可偏振的共振光把原子从基态抽运到激发态的m_J=0的子能级上，只要光强足够大，处在激发态的原子就足够多。从激发态m_J=0子能级自发跃迁回到基态，产生π偏振荧光。当发生磁共振时， 原子从m_J＝0的子能级跃迁到m_J＝1或m_J＝-1的子能级上，从这两个子能级自发跃迁产生荧光是σ₊和σ_-偏振的，只要检测荧光偏振状态的改变，便可检测到来自激发态的很强的磁共振信号。

在光磁共振实验中，一方面通过光抽运增加磁共振能级间的布居数差；另一方面又用量子能量比射频或微波量子能量大10⁶～10⁷倍的可见光或紫外线探测磁共振信号。这就使磁共振信号探测灵敏度大大增加。而且由于有效地消除了多普勒增宽（见谱线增宽），与传统的光谱方法相比，分辨率要高得多。光磁共振方法在测定许多原子（包括短寿命稀有同位素）的g因子、超精细结构常数等方面取得了成果。

参考书目

1. B.Cagnac， Ann.Phys.，No.6，p.467，1961.