微波电子顺磁振

微波电子顺磁共振电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。实验目的1．研究微波波段电子顺磁共振现象。2．测量DPPH中的g因子。3．了解、掌握微波仪器和器件的应用。4．进一步理解谐振腔中TE10波形成驻波的情况，确定波导波长。实验原理本实验有关物理理论方面的原理请参考有关“电子自旋（顺磁）共振”实验“微波参数测量”实验等有关章节。在外磁场B0中，电子自旋磁矩与B0相互作用，产生能级分裂，其能量差为（1）其中g为自由电子的朗德因子，g=2.0023。在与B0垂直的平面内加一频率为f的微波磁场B1，当满足（2）时，处于低能级的电子就要吸收微波磁场的能量，在相邻能级间发生共振跃迁，即顺磁共振。在热平衡时，上下能级的粒子数遵从玻尔兹曼分布（3）由于磁能级间距很小，，上式可以写成此萌觉虚挑谜致看蓝望度锤梯舱祸霞底幼（初4）剥由于新，因艘此请N恢2冒<N可1事，即创上能干级上典的粒瘦子数亡应稍熔低于秃下能丢级的喷粒子浸数。忧由此碑可知羊，外区磁场津越强东，射站频或争微波纤场频述率皆f姻越高刚，温待度越奋低，忍则粒液子差抵数越怒大。米因为早微波办波段必的频厉率比劈射频眨波波腿段高啄得多占，所绍以微笛波顺鼻磁共挠振的炭信号闸强度陷比较迹高。宜此外扮，微姿波谐嫂振腔堆具有派较高交的怕Q贞值，显因此呜微波资顺磁代共振侍有较薄高的号分辨丽率。岛微波丹顺磁晨共振普有通荒过法苍和反巧射法宪。反雷射法出是利啄用样蜂品所营在谐碧振腔抵对于饲入射恒波的薄反射易状况部随着尼共振膨的发准生而猎变化希，因共此，贪观察回反射虫波的沸强度良变化智就可扑以得券到共胁振信钢号。喜反射盯法利躲用微嫩波器端件魔傅T击来平溜衡微劳波源迫的噪树声，简所以直有较数高的择灵敏技度。耳与核染磁共旁振等搅实验滋类似棒，为隔了观麦察共提振信呼号，油通常至采用竞调场俯法，为既在便直流筋磁场诱B匙D校上迭五加一毒个交陪变调乔场兄B恩A突co妄s立ω兴t距，这思样样自品上的的外匙磁场榜为桃B=牢B悬D四+佛B俗A司co茎s鬼ω问t惕。当榨磁场歌扫过蒸共振痛点，统满足丘胃伍受继哑弱悦垄犯吃凭盗婶效摇最简（5坡）缠时，聋发生戚共振纷，改邪变谐狠振腔纷的输塔出功绪率或枝反射廉状况诞，通轰过示丙波器专显示痕共振田信号想。色实验菜装置净由电杀磁铁痒系统乐，微辅波系予统和仍电子复检测围系统拔等组章成。屑1．姨电磁诉铁系验统搁由电穷磁铁吼，励杨磁电眼源和煎调场楚电源铜组成锣，用尚于产寿生外亚磁场羽B=爆B坏D蜘+守B蝴A廊co产s芹ω利t皮。励狸磁电榨源接龄到电瞎磁铁闯直流州绕组愤，产穴生坐B殃D踪通过义调整失励磁岩电流舟改变件B拘D粉。调凡场电糖源接歼到电溉磁铁语交流虎绕组局，产殃生冒B磨A斯co呢s疤ω温t逼，并舍经过称相移闹电路感接到投示波胞器盘X楚轴输逐入端斤。丛2．方微波跳系统约三厘爱米固骂态信欧号源间：产沈生微师波信谅号。孔隔离拖器哄：只瞎允许惯微波允从输枕入端祸进，刃从输跳出端封出。衡起隔戏离微栗波源耍与负椅载的鸽作用扬。唐可变亚衰减肯器哈：用循于调径整输堆入功似率。撞波长赌计疑：用境来测撤量微构波波织长，盯使用陈时调猾整螺缩旋测现微计汽，在篇示波筝器上污会出歌现吸瓦收峰梨，或吉微安谋表指宜示大筑幅度秃下降俊，根劲据螺底旋测膜微计乒的读芳数查亏表，俗即可停得到烟吸收魄峰处浆的微分波频沉率。沫调配罗器膛：使奥两种蒙不同佳阻抗钻的微怖波器克件达够到匹炉配的蚕可调限器件窄，匹惨配就蜘是将客输入跌的波阀完全孔吸收慨，没日有反乖射。拉检波唇器固：用巴来测俩量微暮波在赚测点壮的强怒度。卷谐振扎腔歌：本手实验惨使用就TE管型谐诱振腔眨，腔赞内形饿成驻恒波，光将样矿品置旗于驻盈波磁市场最丙强的备地方赖，才分能出矮现磁党共振键。微闷波从脂腔的上一端澡进入戴，另节一端室是一卧个活锻塞，羽用来怨调节滤腔长体，以亮产生海驻波染，腔气内装免有样股品，享样品餐位置暗可沿叨腔长肺方向战调整勺。待D喷PP仪H础样品栋：密径封在骨细尼木龙管乱中，氏置于飞谐振存腔内启。图（1）魔T示意图缘魔趣T镇：它宜有晌4礼个臂绪，相卫对臂嫩之间兴是互恒相隔玉离的缴。当哀4员个臂蚀都匹惜配时徒，微略波从香任一局臂（皮如臂翁4乳）进血入，垮则等供分进弄入相弯邻两伞臂（载2绒、提3赵），是而不天进入坑相对场的臂态（恭1戏）。细但当逗相邻悟两臂哪（纷2深、豆3杜）若办有反贡射则健能进众入相教对臂窑。这拥样将潮臂决3突接谐撑振腔接，臂篇2某接匹洪配器粥，臂天1侦接检馅波器寄，当骂样品都产生膝磁共围振吸遣收微亦波能忆量改玻变魔桌T泰匹配啄状态肿时，巴就有爷微波德从谐虚振腔宗反射真回来尖进入负图（1）魔T示意图图（2）谐振腔图（2）谐振腔示意图特3．模电子纷仪器劲微安榆表：艺测量冠检波父电流勾。包示波团器的特斯假拉计督：测蛇量静臣磁场映强度友。柳实验瞎内容搁和步晚骤佛1挣．微促波波苍长和金谐振王腔的悬调整摄将可韵变衰旬减器岗调到仁10置0。丽打开勾三厘毁米固皆态波伏信号挂源的榜电源难，消“声工作慰状态匙”捏置外“恐连续燥”伴档。排预热弦20梁分钟愧。忌将谐垦振腔竟活塞陵调到帆14裁0压mm迈，即坛腔长轰调到通14净0战mm晒；样耽品位从置调堡到7剥0配mm抚。本根据套谐振徐腔长弯度应知为猪，即砍半波需导波淡长的私整数稀倍，维n迹取6形，由火式（拳7）赚计算简出所溪需的胖入射钓波波成长物λ勉和相杂应的跃谐振墨频率区。此变时谐秤振腔颈内为护TE桂10确6棋波。午调整汗可变则衰减段器，厕使检偏波电堂流为莫70咽微安好。调竹整微渐波频怜率嘴，方体法如痛下：副参考哈“要频率怎—阔测微荡器刻侵度对骡照表功”欺上的筹数值浸，仔卧细调芦整频耗率测哄微器感（垂俊直方沸向的惩测微肝器）都，并吵用波粱长计筐测量逼微波串频率伴，直款到出士现谐裕振频愤率。盾测量萌后将勉波长起计调灯到远驻离谐尺振频挥率的小位置录。络微调赵谐振跳腔活款塞和赴样品者位置蝶，使量检波绪电流循最小瘦。此扑时样橡品位隙于谐到振腔这中微口波磁崇场最盏强位姥置。情2．帜ES拔R扣信号付的观珍测堆将励彼磁电挑源电历压调岩到0浆，打硬开励痰磁电栗源，浇打开旁扫场变电源挤。调耐整示晃波器徐为唱XY倡工作耻方式疗，两金通道臭都置掏“项AC茅”剩档，轰X天灵敏波度置虾10诚mV趴/D惜IV蝇，岛Y宗灵敏表度置紫1V捏/D细IV伪，开震示波绪器。膜断开验微安楚表，友可变次衰减留器下平调，捆将在枯1杰.5颗—暖2耗.寄1趣A泳范围棋内在慎仔细者调整巷励磁战电流偶，使泻示波夺器显盘示共江振峰哑，调淘整调伤配器怀，使核共振懒峰如滴图（妖4）颤所示妙。在挥此过圈程中杨，需亮要调愈整示签波器湖和可果变衰胃减器毯，使筋示波萄器能田够清橡晰显填示共愁振峰埋。可夹变衰玉减器赚不要缴调的纵过小剪，一怜般不回低于僻30柳，以沉保护萍检波净器。困调整予扫场击电源断的相时位，忠使两手共振鲜峰重茂合。异调整持励磁房电流召使共慧振峰事居中叨。记脆录励扮磁电松流值雅。用耕特斯君拉计配测量如磁场随。荷移动厨样品旗位置派，测缺出各倘共振扮信号罢出现凑的位呜置崭z雄1馅,删z营2巾,窝z展3哥…渣。图（4）共振吸收峰总改变页谐振已腔腔控长，坦重复鲁以上鸟步骤登，得玻到另衰外几伟组组卖数据饱。图（4）共振吸收峰买3．猫数据丹处理扯（1功）计饰算健g的因子扇。圈（2领）求砌波导兴波长悬λ拘g炎（6内）细矩摆与品由波亩长表销测量距λ悼所得视到的轿（7伍）休相比凳较宗,钢其中姥波导红宽度对a=梢22半.8泽mm某。享注意玩事项公磁极摊间隙运的大凝小由捕教师法调整胀，学托生不融要调拼整，巷以免习损坏交样品怨腔。左样品凡位置坟和腔喘长调倒整不景要用厚力过颠大、脂过猛搜，防连止损导坏。配保护燃特斯尝拉计通的探毅头防键止挤适压磕既碰，锁用后土不要声拔下危探头作。柴励磁骗电流灯要缓环慢调阅整，男同时昂仔细乔注意何波形峡变化圾，才裤能辨仍认出麦共振内吸收练峰。质回答廉问题超本实疤验中甲谐振嘴腔的做作用参是什绵么？炊腔长华和微蕉波频铲率