光ポンピング磁力計
原子の基底エネルギー準位は無磁場下では縮退しているが、磁場下では電子のスピンに起因するゼーマン効果によって基底エネルギー準位 A1 と、この準位よりも微妙な差(典型的には 10 eV オーダー)だけ高いエネルギー準位の A2 に分裂する。
ここで、磁場下にある基底状態の原子に B − A1 だけのエネルギーを持つ光 (hν = B − A1) を照射して励起準位 B に励起すると、やがて原子は光を自然放出して、ほぼ同じ確率で準位 A1 と A2 に緩和する。さらに光を照射し続けると、準位 A2 にある原子は光エネルギーが異なるので準位 B に励起できないのに対して準位 A1 の原子は再び光を吸収して準位 B へと励起する。これを繰り返すことにより全ての原子が準位 A2 に揃う状態になり光吸収が起こらなくなる。このように一つのエネルギー準位に揃えることを光ポンピングという。
次にこの状態で A2 − A1 のエネルギー差に相当するエネルギーをもつ電磁波を照射すると、準位 A2 にあった原子が誘導放出によって基底エネルギー A1 に緩和することにより、光吸収が再現する。ゼーマン効果による分裂幅 A2 − A1 は、弱い磁場下では磁場強度に比例するので、照射する電磁波の周波数を光吸収が再現するように制御してその周波数を測定することにより、磁場強度を導き出すことができる。