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基于微波段电子自旋共振测量电磁波的传播速度

2017-09-25 8页 doc 29KB 16阅读

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基于微波段电子自旋共振测量电磁波的传播速度基于微波段电子自旋共振测量电磁波的传播速度 物 理 实 验 第 卷 第 期 ::,,:,:,,,, ,, ,: ,:,,,,:,, 年 月 ,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,::,:,, ,: 櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 基于微波段电子自旋共振 测量电磁波的传播速度 ,刘 竹 琴 刘 艳 峰 ,,, 延 安 大 学 物 理 与 电 子 信 息 学 院 陕 西 延 安 :,,::: ,,,,摘 要 当电子自旋共振发生在微波段时 根据微波段电子...
基于微波段电子自旋共振测量电磁波的传播速度
基于微波段电子自旋共振测量电磁波的传播速度 物 理 实 验 第 卷 第 期 ::,,:,:,,,, ,, ,: ,:,,,,:,, 年 月 ,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,::,:,, ,: 櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 基于微波段电子自旋共振 测量电磁波的传播速度 ,刘 竹 琴 刘 艳 峰 ,,, 延 安 大 学 物 理 与 电 子 信 息 学 院 陕 西 延 安 :,,::: ,,,,摘 要 当电子自旋共振发生在微波段时 根据微波段电子自旋共振条件 并使用电子顺磁共振谱仪 和 微 波 元 件 波 导 管 、谐 振 腔 、短 路 活 塞 、环 行 器 ,等实验仪器测量出微 波 的 波 导 波 长 ,可以计算出真空中微波的波长 利用特斯拉计测 ,量出共振时的磁感应强度 ,从而计算出了电磁波的传播速度 , ,,,,,,关 键 词 微 波 反 射 吸 收 波 导 波 长 传 播 速 度 电 子 自 旋 共 振 ,,,,,中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文 章 编 号 :,,,,,,,,,,,:,,,:::,,:,,::,))) ,,,,,,射 时 如 果 共 振 频 率 条 件 满 足即 就 可,, ωγ 引 言 , ,, μ,,能 检 测 到 共 振 吸 收 信 号 此 时 称 为 朗, γ, ,珔 ,电 磁 波 的 传 播 速 度 是 一 个 重 要 的 物 理 量 ,,,德 因 子 为 玻 尔 磁 子 电 子 的 为 常 量 与 物 理 在 , , μ 、,环 境 化 学 环 境 有 关 在 物 质 中 往往是各向异性 物 理 学 中 有 广 泛 的 应 用 在 光 学 的 发 展 史 上 具 , ,,,的 如 果 原 子 中 的 电 子 只 有 轨 道 运 动 则 有 特 殊 而 重 要 的 意 义 它 不 仅 推 动 了 光 学 实 验 ,,,,,,:,,只 有 自 旋 运 动 则 大 多 数 材 料的 进 ,, ,,,,, 本实验借助 的 测 量 样品为含有自由基的有机 ,,步 也 打 破 了 光 速 无 限 的 传 统 观 念 在 物 理 学 理 论,,物 化 学 名 叫 作 二 基 苯 苦 酸 基 联 胺 分 子 ,,,,) ,研 究 的 发 展 里 程 中 它不仅为粒子 说 和波动 说的 ,,,,,—式 为 它 的 第 二 个 氮 ,,::,,::,, ,,, , , ,争 论 提 供 了 判 定 的 依 据 而 且 最 终 推 动 了 爱 因 斯 ,原 子 上 有 个 未 成 对 电 子 用 之 可 观 察 到 强 的 , 坦 相 对 论 理 论 的 发 展 测 量 电 磁 波 传 播 速 度 的 ,共 方 ,、、法 较 多 例 如 旋 转 齿 轮 法 旋 转 镜 面 法 克 ,,,振 吸 收 信 号 由 文 献可 知 产 生 电 子 自 旋 共 ,,尔 盒 振 的 条 件 为 ,, ,,,,,,,ν, μ,,,法本 文 所 用 的 方 法 是 利 用 具 有 未 成 对 电 子 , 测 量 微 波 的 波 导 波 长 ,,, 的 物 质 在 静 磁 场 作 用 下 对 电 磁 波 的 共 振 吸 收 ,图 为 微 波 段电子自旋共振 器 件组 合 图 由 ,的 原 ,,,,,,,理和 微 波 的 反 射 与 吸 收测量微波的波导波 测 量 原 理 , ,,长 求 出 真 空 中 微 波 的 波 长 并 通 过特斯拉计测量 电 子 自 旋 共 振 条 件 ,,,,共 振 时 的 磁 场 强 度 计算出电磁波 在 真空中 的传 ,所 谓 顺 磁 性 物 质 是按照物质的磁 化 率 来 分 播 速 度 ,,,辨 的 这 类 物 质 的 磁 化 率 为 正 值 但不形成有序排 ,列 当 它 们 被 置 于 外 磁 场 中 其 磁 化 强 度 的 ,,: 方 向 与 一 致 顺磁物质包含 大 多数过 渡 金 属 ,,: ,和 稀 土 离 子 的 物 质 有晶格缺陷和 晶 体不完 整的 ,,),,图 微波段电子自旋共振器件组合图 ,、材 料 以 及 有 自 由 基 双 基 的 材 料,当 样 品 被 , ,置 于 磁 场 中 并 被 角 频 率 为 的 交 变 磁 场 ,: ω 照 ,,,收 稿 日 期 修 改 日 期 :,,::,,,,:,,,:,,)))),,,资 助 项 目 陕 西 省 教 育 厅 年科学研究项目 ,:,, ::,,,:,:,,,,,,,,,,,作 者 简 介 刘 竹 琴 女 陕 西 榆 林 人 延安大学物理与电子信息学院副教授 学 士 主 要 从 事实验物理的教学和 ,,,,) ,,小 孔 中 打 开 电 源 将 示 波器的输入通道置于直流 ,电 流 小 与 谐 振 腔 相 连 的 短 路 活 塞 可 对 谐 振 , 腔 ,,,,通 道 挡 调节晶体检波器的旋钮 使 直 流 ,,,,调 谐 使 其 达 到 谐 振 状 态 此时 谐 振腔不对外反射 ,,,,信 号 输 出 最 大 调 节 短 路 活 塞 使 直 流 ,,,,,微 波 因 此 由 示 波 器观察到的水平 扫 描线位 置最 , , 低 通过调节恒定磁场 强 度使其 满足 共振 条 件, ,,信 号 输 出 最 小 使 直 流 信 号 输 出 最 小 也 ,,,,,时 由 于 样 品 吸 收 了 谐 振 腔 中 的 微 波 能 量 使 谐 就 ,是 使 谐 振 腔 不 对 外 反 射 微 波 使 输 入 到 示 波 ,,振 腔 品 质 因 数 降 低 谐 振 腔 处 于 失 谐 状 态 因 此 器 的 腔 对 外 反 射 微 波 被 反 射 的 微 波 可 反 映 共 谐 振 ,, 信 号 幅 度 为 零 值 只有这样当共振时才会有信号 振 状 态 的 信 号 ,, 输 入 到 示 波 器 才会观察到共振信号 将 示 波 器 , , 短 路 活 塞 是 接 在传 输系统终端的 微 波 元 件 ,,,,输入通道置于 交 流 挡 上 幅 度 为 挡 ,,,: ,, ,它 对 入 射 波 全 部 反 射 从而在传输系 统 中形成纯 此时可观察到 共 振 信 号 小 范 围 调 节 短 路 活 塞 , 与,驻 波 形 态 共 振 时 样品位于微波 磁 场强度 最大 , ,晶 体 检 波 器 使信号达到最佳状态 记 录 信 号 达 ,,,,值 处 当 活 塞 移 动 时 驻 波 波 腹 微 波 磁 场 强 度 最 ,然 后 调 节 短 路 到最佳状态时 短 路 活 塞 的 读 数 ,,,,,大 值与 波 节微 波 磁 场 强 度 最 小 值 都 相 应 移 ,,,,活 塞向 着 读 数 增 大 的 方 向 使 信 号 消 失 继 续 ,动 当 驻 波 波 腹 次移动到样品处时 在 示 波 器 , , 同一方向调节 短 路 活 塞 直 到 再 次 出 现 共 振 向 ,,上 会 出 现 次 共 振 信 号 因 此 测 出 相 邻 的 个 波 ,, 信 号 ,时 记 录 短 路 活 塞 的 读 数 如 此 反 复 调 ,,腹 间 ,的 距 离 就 可 以 计算出波导波长 设 共 振 信 号 录 组 数 据 ,节 共 记 ,, 达 到 最 佳 状 态 时 对 应的短路活塞的 读 数分别为 , 测 量 数 据 记 录 ,,,,利 用 特 斯 拉 计 测 量 磁 场 把 特 斯 拉 计 的 ,,,,和 , ,,,, ,,,),, ,,,λ,,利 用 电 子 自 旋 共 振 谱 仪 测 量 和 的 数 ,,,, , ,感 应 头 慢 慢 地 放 入 磁 场 中 央 等 数 据 稳 定 后 再 ,真 空 中 微 波 波 长的 计 算则 波 导 波 长为 ,,,, λ,λ, 珚珚,,据 见 由 表 数 据 得 ,, ,,,:,,,, ,,,,, , 读 根 据 波 导 波 长与 真 空 中 微 波 波 长 的 相 λλ , , ,,,,,, ,,,),,,,,:, , ,,,出显示屏上磁 场 的 大 小 ,,,,,, 互 关 系 λ表 自旋共振谱仪测量 和 的 数 据 ,,,,,, , ,,λ , ,,,) ,λλ槡,, ,,,序 号 ,,,),,,,,,,,,, , 可 得 ,,:,,,,,,,,,:,,,:,, λ, ,,, ,, λ, ,:,:,, ,,,:,, ,,,:,: ,,,, λλ,,槡,, , ,:,,,, ,,,,,, ,,,:,, 式 中为 截 止 波 长 , λ, , ,:,:,, ,,,:,, ,,,,,, 真 空 中 电 磁 波 的 传 播 速 度 的 公 式 的 推 导 ,,,, ,:,,,, ,,,,,, ,:,,,, 波 速 、波 长 与 频 率 的 关 系 为, ,:,:,, ,,,:,, ,,,,,, ,,,λν ,, ,: ,:,,,, ,,,,:, ,,,:,, ,,,, 由和式 可 得,, , ,:,,,, ,,,:,, ,,,::, ,,,,λ μ ,,, ,,,,,π珔 ),, ),,?,式 中 ,,,:,,,,,,:,,,×,:,,,,, ,,利 用 特 斯 拉 计 测 量 磁 场 的 数 据 见 表 μ,, ),, 由 ?,,,,,:,: ,,,,,,,,,,,,:×,:,,, λ,珔表 得 ,, ,,,,,,:, ,,, , ,,,为 电 磁 波 传 播 速 度 为 真 空 中 电 磁 波,,,, ,λ 第 卷 物 理 实 验 ,, ,, 表 特斯拉计测得的数据 ,磁 波在真空中的传播 速 度 的 方 法 和 原 理 由 测 量 , ,,, 序 号 序 号 结 果 可 知 用 微 波段电子自旋共振测量电磁波的 ,,,,,,,, , ,,,,,,, 、、传播速度与其 他 方 法 相 比具有精度高 操 作 简 单 , ,,: , ,,, ,快 捷 等 优 点 所 以是一种较好的测量电磁波传播 , ,,: : ,,, 速 度 的 方 法 ,, , ,,,,,, ,参 考 文 献 数 据 处 理 ,,,,,,,,林 木 欣 近 代 物 理 实 验 教 程 北 京 科 学 出 版 ,,,,,计 算 波 导 波 长 ,λ,,,社 ,:,,,,,,,:,) ,, 把 和 的 平 均 值 代 入 式 中 得,,,, , 葛 德 彪 电 磁 波 理 论 ,,西 安 ,西安电子科技大 ,,,,, ,,,,,,,, ,,,λ, ,,学 出 版 社 ,,,,::,,,) , 计 算 真 空 中 电 磁 波 的 波 长,,,,,,, 吴 思 诚 王 祖 铨 近 代 物 理 实 验 版 北 京 ,,,, ,, ,,把 计 算 得 出 的 波 导 波 长代 入 式 中 得 ,,,北京大学出版社 λ, ,,,,,,,,,,,) ,,,,,,: ,,, λ路 大 勇 利用电子顺磁共振研究介电陶 瓷 的 杂 质 及 ,,, , , 计 算 真 空 中 电 磁 波 的 传 播 速 度,,,,,,,点 缺 陷 物 理 实 验 ,:,,,,,:,:,:,,,:) 珚,,,,,把 真 空 中 的 波 长 已 知 数 据 和 陈 丽 ,胡 永 茂 ,李 汝 恒 用锁相放大技术 采 集 电 子 自 ,,,珔 ,λ,,,μ ,,,,,,,旋 共 振 信 号 大 学 物 理 实 验 ,,分 别 代 入 式 中 得 :,),:,:,,,,,,, ,:, ,,,,,,,,×,:,,, 高 铁 军 ,朱 骏 孔 近 代 物 理 实 验 ,,济 南 ,山 东 大 ,,,,, ,已 知 电 磁 波 在 真 空 中 的 传 播 速 度 的 标 准 ,,学 出 版 社 ,,,,,:::,,,) 值杨 福 家 原 子 物 理 学 ,,版 北 京 ,高 等 教 育 出 ,, ,,,, ,:,),,?测 量 结 果 与 标 准 值 相 ,,,,:,,,,,×,:,,,,版 社 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