微波段電子自旋共振實驗(參考版)
2025-04-20 01:15本頁面
【正文】 【思考題】1． 本實驗中諧振腔的作用是什么？腔長和微波頻率的關(guān)系是什么？2． 樣品應位于什么位置？為什么？3． 掃場電壓的作用是什么？ 13 / 14。3）計算波導波長。共振磁場：＿＿＿＿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，代入計算得出g=＿＿＿＿。2）DPPH樣品g因子的計算。【實驗數(shù)據(jù)記錄及處理】1） 測量磁場與勵磁電源電壓的關(guān)系測量數(shù)據(jù)如下：U(V)B(Gs)U(V)B(Gs)U(V)B(Gs)作勵磁電源電壓與磁場磁感應強度之間的關(guān)系曲線圖（橫坐標為電壓、縱坐標為磁場），利用圖像擬合得到磁場磁感應強度B與磁電源電壓U之間的關(guān)系函數(shù)。方法為將檢波器輸出信號接入萬用表，由小至大改變磁場強度，記錄對應的檢波器輸出信號幅度大小，在共振點時可以觀察到輸出信號幅度突然減小，描點作圖可以找出共振磁場的大小，并對共振吸收信號有一個直觀的認識。5．調(diào)節(jié)短路活塞，使諧振腔的長度等于半個波導波長的整數(shù)倍（），諧振腔諧振，可以觀測到穩(wěn)定的共振信號，微波段電子自旋共振實驗系統(tǒng)可以找出三個諧振點位置：、按照式子：,計算波導波長，然后根據(jù)公式（21）計算微波的波長。圖13中右側(cè)圖為通過移相器觀察到的吸收信號的李薩如圖。3．調(diào)節(jié)雙T調(diào)配器的兩臂上的短路活塞，觀察示波器上信號線是否有跳動，如果有跳動說明微波系統(tǒng)工作，如無跳動，檢查12V電源是否正常。圖12 微波段電子自旋共振微波系統(tǒng)完整安裝裝置圖【實驗過程】1．將實驗主機與微波系統(tǒng)、電磁鐵以及示波器連接，具體方法為：高斯計探頭與實驗主機上的五芯航空座相連，并將探頭固定在諧振腔邊上磁場空隙處（與樣品位置大致平行），用同軸線將主機“DC12V”輸出與微波源相連，用兩根帶紅黑手槍插頭連接線將勵磁電源與電磁鐵相連，用Q9線將主機“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，開啟實驗主機和示波器的電源,預熱20分鐘。在微波段電子自旋共振實驗系統(tǒng)中短路活塞與矩形諧振腔組成一個可調(diào)式的矩形諧振腔。它是一個可移動金屬短路面的矩形波導，也可稱可變短路器。8）矩形諧振腔矩形諧振腔是由一段矩形波導，一端用金屬片封閉而成，封閉片上開一小孔，讓微波功率進入，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)各點電場和磁場的振幅有一定的分布，實驗時被測樣品放在交變磁場最大處，而穩(wěn)恒磁場垂至于波導寬邊（這也是前面介紹的扭波導的作用體現(xiàn)，因為穩(wěn)恒磁場處于水平方向比較容易），這樣可以保證穩(wěn)恒磁場和交變磁場互相垂直。6）頻率計教學實驗儀器中使用較多的是“吸收式”諧振頻率計，諧振式頻率計包含一個裝有調(diào)諧柱塞的圓柱形空腔，腔外有GHz的數(shù)字讀出器，空腔通過隙孔耦合到一段直波導管上，諧振式頻率計的腔體通過耦合元件與待測微波信號的傳輸波導相連接，形成波導的分支，當頻率計的腔體失諧時，腔里的電磁場極為微弱，此時它不吸收微波功率，也基本上不影響波導中波的傳輸，響應的系統(tǒng)終端輸出端的信號檢測器上所指示的為一恒定大小的信號輸出，測量頻率時，調(diào)節(jié)頻率計上的調(diào)諧機構(gòu)，將腔體調(diào)節(jié)至諧振，此時波導中的電磁場就有部分功率進入腔內(nèi)，使得到達終端信號檢測器的微波功率明顯減少，只要讀出對應系統(tǒng)輸出為最小值時調(diào)諧機構(gòu)上的讀數(shù)，就得到所測量的微波頻率。由于這種匹配器不妨害系統(tǒng)的功率傳輸和結(jié)構(gòu)上具有某些機械的對稱性，因此具有以下優(yōu)點：a)可以使用在高功率傳輸系統(tǒng)，尤其是在毫米波波段；b）有較寬的頻帶；c)有很寬的駐波匹配范圍。 圖9晶體檢波器結(jié)構(gòu)5）雙T調(diào)配器調(diào)配器是用來使它后面的微波部件調(diào)成匹配，匹配就是使微波能夠完全進入而一點也不能反射回來。鐵氧體環(huán)行器經(jīng)常應用于微波源與微波腔體之間，特別是在反應環(huán)境十分惡劣的情況下能夠保護發(fā)生電源與磁控管的安全。這里分支傳輸線為波導，但也可以由同軸線或微帶線等構(gòu)成。以下以三端口結(jié)型波導環(huán)行器為例來說明其特性。這樣，可以避免因負載變化使微波源的頻率及輸出功率發(fā)生變化，即在微波源和負載之間起到隔離的作用。2）隔離器隔離器是一種不可逆的衰減器，在正方向（或者需要傳輸?shù)姆较蛏希┧乃p量很小，反方向的衰減量則很大，達到幾十dB，；兩個方向的衰減量之比為隔離度。而后整個電場重新上升，再次重復相同的過程，周而復始的產(chǎn)生疇的建立、移動和消失，構(gòu)成電流的
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