微波电子自旋共振实验报告

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1、微波实验实验报告姓名：宋爽班级：核12指导老师：王和英实验日期：2013年4月12日【摘要】：本实验基于微波产生交变电磁场使物质中电子产生自旋共振和铁磁共振的原理研究了交变磁场下电子共振的特性问题。采用谐振腔产生共振并用示波器捕捉共振信号的实验方法得到了物质中电子在微波磁场下的共振信号并可计算出其朗德因子以及样品的其他相关数据。关键词：微波电子共振一、前言微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段

2、，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特点：波长短（１米至１毫米）、频率高、量子特性、能穿透电离层。微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。本实验中主要基于麦克斯韦电磁场方程组、矩形波导中波的传播原理，利用常用的微波元件组建成实验所需的实验仪器。通过用示波器显示谐

3、振腔中样品共振信号的方法得到了相关实验数据，并依据这些实验数据得出了电子的朗德因子等一系列相关性质。二、实验实验仪器：1.波导管：本实验所使用的波导管型号为BJ-100，其内腔尺寸为a=(22.86±0.07)mm，b=(10.16±0.07)mm。其主模频率范围为(8.20~12.50)GHz，截止频率为6.557GHz。2.微波源：提供所需微波信号，频率范围在8.6~9.6GHz内可调，工作方式有等幅、，方波、外调制等，实验时根据需要加以选择。3．选频放大器：用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1

4、KHz附近的信号，经整流平滑后由输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。4.隔离器、衰减器、谐振式频率计、驻波测量线、晶体检波器、匹配负载、环形器、单螺调配器以及螺钉、示波器、磁共振实验仪等其余实验仪器均由实验室匹配。由以上所述的器材在实验中搭建了如下图所示的两组实验仪器，在图一所示的实验仪器中运用反射式谐振腔得到了电子自旋共振的信号波形以及电子自旋共振状态下所需的磁场强度和微波频率。而在图二所示的实验仪器中运用透射式谐振腔测量了铁磁材料中电子微波共振时的信号波形和共振微波频率以及输出功率和磁场

5、之间的关系曲线（P—B曲线）。三、实验1、电子自旋共振实验装置：NS9123456781011121-微波源;2-隔离器;3-衰减器;4-频率计;5-测量线;6-检波晶体;7-选频放大器;8-环形器;9-单螺调配器;10-隔离器;11-晶体检波器;12-样品腔图一电子自旋共振实验装置图实验过程：(1)按图接好各部件。注意：1）可调反射式谐振腔前必须加上带耦合孔的铜片，但单螺调配器与环形器相接部位不要加入带耦合孔的铜片，实验时要仔细认真确定加铜片的位置2）由于本次实验需要连接的仪器较多，可能螺钉会出现不够用的情

6、况，这时在固定仪器时要优先固定对角线的螺钉，保证在连接处不出现过多的微波散失。(2)开启微波源，选择“等幅”方式，预热30分钟。(3)将单螺调配器的探针逆时针旋到“0”刻度。(4)任意给定一微波频率，用直读频率计测量微波频率。根据频率，计算波导波长，调节传动装置使样品处于微波磁场最强处。注意：微波发生器给定某频率的微波，但是微波频率不由发生器上的显示读出，要通过转动直读频率计，观察检波器（灵敏电流计）的读数变化来确定微波频率。本实验中由于利用的是反射式谐振腔，所以当微波共振时检波器的读数会变小，以此由直读频率

7、计可确定微波的准确频率。可将样品放在可调矩形谐振腔示数为波导半波长的整数倍——此位置微波沿波导横向的磁场最强。(5)将检波晶体的输出接到电流表上，用电流表测量微波的大小，调节可调矩形谐振腔的可移动活塞，使谐振腔耦合共振。当电流表的示数突然减小时，可知此时的位置为准确的微波耦合共振位置，微波能量大部分聚集在了谐振腔内因而检波电流表示数减小。(6)调节单螺调配器，使谐振腔匹配。(7)将检波晶体的输出接到磁共振实验仪上，并使磁共振实验仪处于Y轴检波状态（“扫场”按钮按下），加上扫描磁场，扫场幅度可调至最大。改变稳恒

8、磁场的大小，在示波器上搜索电子自旋共振信号。(8)测量电子自旋共振时磁场的大小。观察共振磁场的范围，样品位置对共振信号的影响，并分析其原因。(9)根据测量数据计算DPPH中电子的g因子。实验结果及分析：测量得波导界面宽边长度a=22.58mm；由谐振式频率计测得所用的微波频率f=9.040GHz。则由（1）（2）上式中λg为波导波长（单位mm），c为光速（取3*108m/s），λ为微波波长（单位mm