DH811A微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)

1、型微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)北京大華無(wú)線電儀器廠 目 錄 1. 概述 2 . 系統(tǒng)的工作原理 3 . 系統(tǒng)的使用和操作 4 . 系統(tǒng)的成套性 5 . 質(zhì)量保證 1.概述微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是根據(jù)高等院校近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱而設(shè)計(jì)的一套簡(jiǎn)單的教學(xué)儀器，它適用于物理等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在微波頻段做鐵磁材料共振實(shí)驗(yàn)。本儀器可以完成下列實(shí)驗(yàn)任務(wù): 可觀察鐵磁材料的共振現(xiàn)象； 可測(cè)量微波鐵氧體的鐵磁共振線寬H； 測(cè)量微波鐵氧體的朗德因子值； 培養(yǎng)學(xué)生掌握微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試和測(cè)試方法；微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作時(shí)的照片2.系統(tǒng)的工作原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用掃場(chǎng)法進(jìn)行微波鐵磁材料的共振實(shí)驗(yàn)。即保持微波頻率不變，連續(xù)改變外磁

2、場(chǎng)，當(dāng)外磁場(chǎng)與微波頻率之間符合一定關(guān)系時(shí)，可發(fā)生射頻磁場(chǎng)的能量被吸收的鐵磁共振現(xiàn)象。微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作框圖如圖一。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在三厘米微波頻段做鐵磁共振實(shí)驗(yàn)。信號(hào)源輸出的微波信號(hào)經(jīng)隔離器衰減器波長(zhǎng)表等元件進(jìn)入諧振腔。諧振腔由兩端帶耦合片的一段矩形直波導(dǎo)構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)鐵氧體樣品放入諧振腔內(nèi)微波磁場(chǎng)最大處時(shí)，將會(huì)引起諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)變化。當(dāng)改變外磁場(chǎng)進(jìn)入鐵磁共振區(qū)域時(shí)，由于樣品的鐵磁共振損耗，使輸出功率降低，從而可測(cè)出諧振腔輸出功率P與外加恒磁場(chǎng)H的關(guān)系曲線如圖二。圖二中，P0為遠(yuǎn)離鐵磁共振區(qū)時(shí)諧振腔的輸出功率。Pr為出現(xiàn)鐵磁共振時(shí)諧振腔的輸出功率，此時(shí)對(duì)應(yīng)的外磁場(chǎng)為Hr,稱(chēng)為共振

3、磁場(chǎng)。而相應(yīng)的張量導(dǎo)磁率對(duì)角元虛部達(dá)最大值為，根據(jù)鐵氧體理論，半共振點(diǎn)是指張量導(dǎo)磁率對(duì)角元虛部的=1/2， P P0 H P1/2 Pr H1 Hr H2 H 圖二 其此處的諧振腔輸出功率P1/2與P0，Pr有如下關(guān)系： DH1121B信 號(hào) 源信號(hào)源主 機(jī)££££磁共振實(shí)驗(yàn)儀 調(diào)諧 磁 場(chǎng) 調(diào) 相 掃 場(chǎng) 掃場(chǎng) 檢波 檢波靈敏度 g 電源 ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤磁場(chǎng) 掃場(chǎng) 檢波 軸 軸振蕩器隔離器 X軸 樣 品諧 振 腔嘗厘米波信號(hào)源磁極 磁極 可變 衰減器厘米波信號(hào)源 檢 波器

4、隔 離器耦合片耦合片直波 導(dǎo)波 長(zhǎng)表示波器軸軸8 8 圖 一 微波鐵磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖與P1/2對(duì)應(yīng)的外加磁場(chǎng)之差（H2-H1）即為鐵磁共振線寬H。因此可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)作出的圖二曲線和上述P1/2的公式求出共振線寬H 。另外，由鐵磁共振條件r=Hr和=ge/2mc，根據(jù)外加磁場(chǎng)Hr和微波頻率，可求得g因子。應(yīng)該注意的是，在進(jìn)行鐵磁共振線寬測(cè)量時(shí)，必須注意樣品的 會(huì)使諧振腔的諧振頻率發(fā)生偏移（頻散效應(yīng)）。要得到準(zhǔn)確的共振曲線和線寬，必須在測(cè)量時(shí)消除頻散，使裝有樣品的諧振腔頻率始終與輸出諧振腔的微波頻率相同（調(diào)諧）。因此在逐點(diǎn)測(cè)繪鐵磁共振曲線，相當(dāng)于每一個(gè)外加的恒磁場(chǎng)都要稍微改變諧振腔的諧振頻率，使它

5、與微波頻率調(diào)諧。 如果在測(cè)量時(shí)不逐點(diǎn)調(diào)諧，樣品的頻散效應(yīng)又不能忽略（特別是在窄H的情況下），在正確地考慮了頻散的影響后，也可以用修正公式從測(cè)量的P H曲線定出H。（修正公式詳見(jiàn)教材，本說(shuō)明書(shū)略）3.系統(tǒng)的使用和操作3.1 按圖一連接測(cè)試系統(tǒng)，先不接兩耦合片，將可變衰減器的衰減量置到最大，磁共振實(shí)驗(yàn)儀的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)鈕反時(shí)針旋到底。（即不加磁場(chǎng)電流）。3.2 打開(kāi)微波信號(hào)源及磁共振實(shí)驗(yàn)儀的電源開(kāi)關(guān)，按要求進(jìn)行預(yù)熱20分鐘。3.3 調(diào)節(jié)微波頻率：將磁共振實(shí)驗(yàn)儀按鍵開(kāi)關(guān)按在的“檢波”位置，調(diào)節(jié)可變衰減器的衰減量，使電表有適當(dāng)?shù)闹甘?，用波長(zhǎng)表測(cè)試此時(shí)的微波信號(hào)頻率。（方法是：旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)表的測(cè)微頭，找到電表跌落

6、點(diǎn)，讀出測(cè)微頭讀數(shù)，查波長(zhǎng)表頻率刻度表即可確定振蕩頻率），當(dāng)信號(hào)頻率與樣品諧振腔上所標(biāo)諧振頻率不一致時(shí)，則應(yīng)調(diào)節(jié)微波信號(hào)源的信號(hào)振蕩頻率。使之與樣品諧振腔上所標(biāo)諧振頻率相同。測(cè)定完頻率后，須將波長(zhǎng)表刻度旋開(kāi)諧振點(diǎn)，避免波長(zhǎng)表的吸收對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾。3.4 將耦合片按圖一接入系統(tǒng)，微調(diào)信號(hào)振蕩頻率，使調(diào)諧電表指示最大。3.5 利用示波器直接觀察鐵磁共振信號(hào)按以下步驟進(jìn)行。3.5.1 將白色外殼的單晶樣品裝到諧振腔內(nèi)，將掃場(chǎng)接線與電磁鐵掃場(chǎng)接線柱相連，將“掃場(chǎng)”選鈕旋到正時(shí)針最大。3.5.2磁共振實(shí)驗(yàn)儀的X軸與Y軸輸出接到示波器的X、Y軸上，磁共振實(shí)驗(yàn)儀按鍵按在“掃場(chǎng)”位置，示波器選到XY工作方式。

7、3.5.3 調(diào)節(jié)示波器X軸輸入靈敏度，使熒光屏的X軸的掃描有適當(dāng)顯示，Y軸輸入放置20mV位置。3.5.4調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流在1.7A左右時(shí)，在示波器上即可觀察到磁共振諧振信號(hào)，如圖三。若波形幅度太大，可改變Y軸輸入的靈敏度。3.5.5 如兩個(gè)共振信號(hào)幅度相差較大，可移動(dòng)樣品諧振腔在磁場(chǎng)中的位置，同時(shí)觀察磁共振諧振信號(hào)的變化，使之滿意為止。3.5.6 如兩個(gè)共振信號(hào)出現(xiàn)圖三圖形，應(yīng)微微調(diào)節(jié)微波信號(hào)源的頻率，使諧振圖形的上翹部分下壓，調(diào)節(jié)“相位”旋鈕，可使兩個(gè)共振信號(hào)移動(dòng)到合適的位置，使之滿意為止。圖三3.6 鐵磁共振曲線的制作：3.6.1 將半透明外殼的多晶樣品放入諧振腔內(nèi)，并將諧振腔放到磁場(chǎng)中心位

8、置（如果做此項(xiàng)目前進(jìn)3.5.5項(xiàng)目，不要?jiǎng)又C振腔在磁場(chǎng)中的位置）。去掉掃場(chǎng)接線。磁共振實(shí)驗(yàn)儀的按鍵按到“檢波”位置，緩緩順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)磁共振實(shí)驗(yàn)儀的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)鈕，加大磁場(chǎng)電流，當(dāng)電表指示最小的時(shí)，即鐵磁共振吸收點(diǎn)。3.6.1 傳輸式諧振腔的輸出功率可以用晶體檢波器作相對(duì)指示，這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)微波信號(hào)源功率較小，晶體檢波器的檢波律符合平方律，即檢波電流與輸入功率成正比，故檢波指示可作為鐵磁共振曲線的縱坐標(biāo)。 3.6.2 磁共振實(shí)驗(yàn)儀的磁場(chǎng)鈕是調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)大小用的，它通過(guò)改變磁場(chǎng)線圈中的電流來(lái)達(dá)到這個(gè)要求。而這個(gè)電流的大小與磁場(chǎng)成正比，所以，鐵磁共振曲線的橫坐標(biāo)可以用磁共振實(shí)驗(yàn)儀的電流指示來(lái)代表磁場(chǎng)的大小

9、。 3.6.3 從電流1.2Aqi 起，逐點(diǎn)記錄磁共振實(shí)驗(yàn)儀的磁場(chǎng)電流表讀數(shù)與檢波指示的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在坐標(biāo)紙上描繪出連續(xù)的曲線，即可得到鐵磁共振曲線。按圖二所示的樣子，從求得數(shù)據(jù)所畫(huà)的曲線上找出共振磁場(chǎng)Hr和線寬H。操作熟練后，在只要求共振磁場(chǎng)Hr和線寬H時(shí)，就不必逐點(diǎn)測(cè)量，由P1處可知Hr;由P0和P1求出P1/2，找出與P1/2對(duì)應(yīng)的二個(gè)H，即可求出線寬H。3.6.4 如有條件，檢波輸出可接直流數(shù)字電壓表?？梢允硅F磁共振曲線的縱坐標(biāo)P0提高顯示精度。注：本系統(tǒng)附帶的鐵氧體小球樣品H約200250 oe, 外磁場(chǎng)強(qiáng)度。最大4500 oe。4 系統(tǒng)的成套性序號(hào)名 稱(chēng)數(shù)量備 注1微波固態(tài)信號(hào)源12樣品諧振腔13可變衰減器14單晶樣