Kómár Péter, Szécsényi István 2007. 11. 28. Optikai pumpálás Kómár Péter, Szécsényi István 2007. 11. 28.

Elmélet I. Pumpálás: Adott szintek közötti gerjesztés A B Spontán emisszió (B C) Relaxáció (C A) B Optikai pumpálás Spontán emisszió (GYORS) C Termikus relaxáció (LASSÚ) Pumpálási szintek A

Betöltöttség: Termikus egyensúly Populáció inverzió …Elmélet I. … E N A A

Zeeman-felhasadás: Külső mágneses-tér – spin kölcsönhatása …Elmélet I. … Zeeman-felhasadás: Külső mágneses-tér – spin kölcsönhatása Energiaszintek felhasadása mj = + 1/2 B mj = – 1/2 3 2P1/2 3 2S1/2  –  +  cirkulárisan poláros fénnyel gerjeszthetők

… …Elmélet I. 3 2P1/2 + 1/2 – 1/2  + I. 33% 67% II. + 1/2 III. 3 2S1/2 – 1/2 IV. … V.

Munkamódszer Rb gázt adott hullámhosszú, cirkulárisan poláros fénnyel világítunk meg Emiatt a környezettől függően (B-tér, EM) átrendeződnek az energiaszintek betöltöttségei Emiatt pedig megváltozik a gáz abszorpciós képessége a megvilágítás fényére Mi az átmenő fény intenzitását mérjük, és ennek változásából következtetünk a belső változásra

Négyszögjel generátor (Bvált) Mérési elrendezés Áramgenerátor (Báll) Rezgőkör () Rb kisülési cső („pumpa”) Négyszögjel generátor (Bvált) Erősítő a fotodiódától Oszcilloszkóp

1. Rb kisülési cső 2. Lencse 3. Interferencia szűrő 4. Polárszűrő …Mérési elrendezés… 6. 8. 2. 3. 4. 4.+5. 5. 9. 1. Rb kisülési cső 2. Lencse 3. Interferencia szűrő 4. Polárszűrő 5. /4 – es lemez 6. Tekercspár (Zeeman) 7. Rb gáz 8. Rezgőkör tekercse 9. Lencse 10. Fotodióda 7. 1. 10.

A pumpálható elektronok száma gyorsan csökken Idoállandók mérése Pumpálás és relaxáció együttes időállandója: B változása megfordítja a pumpálás irányát I. EZeeman EZeeman II. IV. III. II. + B – B A pumpálható elektronok száma gyorsan csökken

A pumpálható elektronok száma nő …Időállandók mérése… Termikus relaxáció időállandója: Btekercs = – BFöld E = 0 I. II. III. –BFöld A pumpálható elektronok száma nő

Elmélet II. A felhasadt nívók távolsága: ahol a Bohr-magneton pedig j-től, s-től és I magspintől függ EM sugárzással gerjeszthető az átmenet: Abszorpció: PAbsz ~ Nalsó Indukált emisszió: PIndE ~ Nfelső h∙f

Csak pumpálás Pumpálás + EM Kevés pumpálható e– Több pumpálható e– …Elmélet II. Csak pumpálás Pumpálás + EM Optikai pumpálás Termikus relaxáció Indukált emisszió Kevés pumpálható e– Több pumpálható e– Alacsony abszorpció Nagy fotodióda jel Magasabb abszorpció Kisebb fotodióda jel (rezonancia)

Rezonancia mérése Rezonanciafeltétel: f frekvenciát „beállítjuk” és mérjük:

B rezonanciához tartozó értékét kell megtalálni ! B három részből áll: …Rezonancia mérése … B rezonanciához tartozó értékét kell megtalálni ! B három részből áll: Kézzel változtatható állandó komponens (ezt mérjük) Szinuszosan változtatott komponens Föld mágneses tere (polaritáscserével kiküszöböljük) mA

A szinuszos komponens segít: egyszerre egy egész tartomány vizsgálható …Rezonancia mérése … B Brez A szinuszos komponens segít: egyszerre egy egész tartomány vizsgálható Báll-t beállítjuk, hogy rezonancián Bszinusz = 0 Fotodióda jele Bszinusz

Magspin meghatározása Két izotóp: 85Rb, 87Rb 4 különböző f frekvencia Ismétlünk ellentétes polaritással a Föld mágneses tere miatt 16 különböző Brez 2×4 átlag Brez

Az egyenesek meredekségéből: j, s és B ismeretében gF -ből …Magspin meghatározása Az egyenesek meredekségéből: j, s és B ismeretében gF -ből I magspin mindekét izotópra kiszámítható Irodalmi értékek:

Sikeres mérést! Lyuk az optikai eszközök dobozának falán Szórt fény Direkt fény tükröződése Rb kisülési cső Lyuk az optikai eszközök dobozának falán