微波段電子自旋共振實(shí)驗(yàn)-資料下載頁(yè)
2025-04-17 01:15本頁(yè)面
【正文】 封閉片上開一小孔，讓微波功率進(jìn)入，另一端接短路活塞，組成反射式諧振腔，腔內(nèi)的電磁波形成駐波，因此諧振腔內(nèi)各點(diǎn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅有一定的分布，實(shí)驗(yàn)時(shí)被測(cè)樣品放在交變磁場(chǎng)最大處，而穩(wěn)恒磁場(chǎng)垂至于波導(dǎo)寬邊（這也是前面介紹的扭波導(dǎo)的作用體現(xiàn)，因?yàn)榉€(wěn)恒磁場(chǎng)處于水平方向比較容易），這樣可以保證穩(wěn)恒磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)互相垂直。9）短路活塞短路活塞是接在傳輸系統(tǒng)終端的單臂微波元件，如圖11所示，它接在終端對(duì)入射微波功率幾乎全部反射而不吸收，從而在傳輸系統(tǒng)中形成純駐波狀態(tài)。它是一個(gè)可移動(dòng)金屬短路面的矩形波導(dǎo)，也可稱可變短路器。其短路面的位置可通過螺旋來調(diào)節(jié)并可直接讀數(shù)。在微波段電子自旋共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中短路活塞與矩形諧振腔組成一個(gè)可調(diào)式的矩形諧振腔。圖11 短路活塞裝置圖整套微波系統(tǒng)安裝完整后如圖12所示，從左至右依次為微波源、隔離器、環(huán)行器（另一邊有檢波器）、雙T調(diào)配器、頻率計(jì)、扭波導(dǎo)、諧振腔、短路活塞。圖12 微波段電子自旋共振微波系統(tǒng)完整安裝裝置圖【實(shí)驗(yàn)過程】1．將實(shí)驗(yàn)主機(jī)與微波系統(tǒng)、電磁鐵以及示波器連接，具體方法為：高斯計(jì)探頭與實(shí)驗(yàn)主機(jī)上的五芯航空座相連，并將探頭固定在諧振腔邊上磁場(chǎng)空隙處（與樣品位置大致平行），用同軸線將主機(jī)“DC12V”輸出與微波源相連，用兩根帶紅黑手槍插頭連接線將勵(lì)磁電源與電磁鐵相連，用Q9線將主機(jī)“掃面電源”與磁鐵掃描線圈相連，用Q9線將檢波器與示波器相連，放入樣品，開啟實(shí)驗(yàn)主機(jī)和示波器的電源,預(yù)熱20分鐘。2．調(diào)節(jié)主機(jī)“電磁鐵勵(lì)磁電源”調(diào)節(jié)電位器，改變勵(lì)磁電流，觀察數(shù)字式高斯計(jì)表頭讀數(shù)，如果隨著勵(lì)磁電流（表頭顯示為電壓，因?yàn)榫€圈發(fā)熱很小，電壓與勵(lì)磁電流成線性關(guān)系）增加，高斯計(jì)讀數(shù)增大說明勵(lì)磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)與永磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)方向一致，反之，則兩者方向相反，此時(shí)只要將紅黑插頭交換遺下即可，由小至大改變勵(lì)磁電流，記錄電壓讀數(shù)與高斯計(jì)讀數(shù)，做電壓－磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系圖，找出關(guān)系式，在后面的測(cè)量中可以不用高斯計(jì)，而通過擬合關(guān)系式計(jì)算得出中心磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值。3．調(diào)節(jié)雙T調(diào)配器的兩臂上的短路活塞，觀察示波器上信號(hào)線是否有跳動(dòng)，如果有跳動(dòng)說明微波系統(tǒng)工作，如無(wú)跳動(dòng)，檢查12V電源是否正常。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電源使共振磁場(chǎng)在3300高斯左右，調(diào)節(jié)短路活塞，觀察示波器是否有共振吸收信號(hào)出現(xiàn)，調(diào)節(jié)到一定位置出現(xiàn)吸收信號(hào)時(shí)，再調(diào)節(jié)雙T調(diào)配器使信號(hào)最大，如圖13 中b圖左側(cè)所示,此時(shí)再細(xì)調(diào)勵(lì)磁電源，使信號(hào)均勻出現(xiàn)，如圖13 中c圖左側(cè)所示。圖13中右側(cè)圖為通過移相器觀察到的吸收信號(hào)的李薩如圖。圖13 示波器觀察電子自旋共振信號(hào)4．調(diào)節(jié)出穩(wěn)定、均勻的共振吸收信號(hào)后，用前面計(jì)算得出的擬合公式計(jì)算此時(shí)的共振磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，或者通過高斯計(jì)探頭直接測(cè)量此時(shí)磁隙中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度，旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)，觀察示波器上的信號(hào)是否跳動(dòng)，如果跳動(dòng)，記下此時(shí)的微波頻率,根據(jù)公式（11），計(jì)算DPPH樣品的因子。5．調(diào)節(jié)短路活塞，使諧振腔的長(zhǎng)度等于半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)的整數(shù)倍（），諧振腔諧振，可以觀測(cè)到穩(wěn)定的共振信號(hào)，微波段電子自旋共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以找出三個(gè)諧振點(diǎn)位置：、按照式子：,計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng)，然后根據(jù)公式（21）計(jì)算微波的波長(zhǎng)。6．選做實(shí)驗(yàn)：直接法測(cè)量共振吸收信號(hào)。方法為將檢波器輸出信號(hào)接入萬(wàn)用表，由小至大改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，記錄對(duì)應(yīng)的檢波器輸出信號(hào)幅度大小，在共振點(diǎn)時(shí)可以觀察到輸出信號(hào)幅度突然減小，描點(diǎn)作圖可以找出共振磁場(chǎng)的大小，并對(duì)共振吸收信號(hào)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。7．選作實(shí)驗(yàn)：根據(jù)DPPH譜線寬度估算其橫向弛豫時(shí)間?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理】1） 測(cè)量磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源電壓的關(guān)系測(cè)量數(shù)據(jù)如下：U(V)B(Gs)U(V)B(Gs)U(V)B(Gs)作勵(lì)磁電源電壓與磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線圖（橫坐標(biāo)為電壓、縱坐標(biāo)為磁場(chǎng)），利用圖像擬合得到磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁電源電壓U之間的關(guān)系函數(shù)。其中勵(lì)磁電壓U的單位為V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位為Gs。2）DPPH樣品g因子的計(jì)算。示波器設(shè)置5mV檔，掃描時(shí)間5ms，調(diào)節(jié)磁電源電壓及微波頻率，測(cè)算共振共振磁場(chǎng)及其對(duì)應(yīng)的微波頻率值。共振磁場(chǎng)：＿＿＿＿Gs 微波頻率＿＿＿＿GHz根據(jù)公式 ，其中波爾磁子，普朗克常數(shù)，另外電子電荷，代入計(jì)算得出g=＿＿＿＿。3）計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng)。測(cè)量得出三個(gè)共振點(diǎn)：＝＿＿＿＿mm,=＿＿＿＿mm,=＿＿＿＿mm按照式子：，計(jì)算得出波導(dǎo)波長(zhǎng)λ（mm）?！舅伎碱}】1． 本實(shí)驗(yàn)中諧振腔的作用是什么？腔長(zhǎng)和微波頻率的關(guān)系是什么？2． 樣品應(yīng)位于什么位置？為什么？3． 掃場(chǎng)電壓的作用是什么？ 13 /
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