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《中国科学技术大学》 2018年
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宽带电子顺磁共振谱仪的设计与实现

任明伟  
【摘要】:电子顺磁共振技术是一种直接检测和研究含有未成对电子样品的特性的波谱学方法。微波器件和电子学的不断发展和完善,不仅使现代通信方式发生了革命性的变化,也推动了电子顺磁共振谱仪硬件的发展。更高的微波频率和不断改进的降噪方案导致了各种性能优异的电子顺磁共振谱仪不断出现。但是,谱仪基本的工作原理多年来一直保持不变,传统的电子顺磁共振谱仪探头部分是使用高品质因子的谐振腔来完成的,这就意味着传统电子顺磁共振谱仪只能工作在窄频段上,对一些科学研究实验来说,就无法满足需求。在本工作中,首先分析了传统技术的局限性,论证了宽带电子顺磁共振技术的优势和必要性。针对上述需求,在现有电子顺磁共振技术的基础上,给出了一种宽带高灵敏度的电子顺磁共振谱仪设计方案。自主设计谱仪分为四个系统:微波桥系统、探头、调制场系统和电磁场系统。谱仪的微波桥系统采用宽带的微波元器件,探头以共面波导结构为基础设计,实现了 2-12 GHz内的宽带电子顺磁共振探测。本文对微波桥系统上的关键元器件进行了分析,讨论目前谱仪上存在的潜在问题,并且给出了可行的改进方案。本文介绍了自制宽带电子顺磁共振谱仪的测试过程和结果。测试结果显示,自制谱仪的工作频率范围可达2-12 GHz,达到了设计需求。给出了自制谱仪在各个频点的灵敏度,在2 GHz处,灵敏度可达4.6 ×1013 spins ·Hz-1/2·Gauss-1,在 10 GHz 处,灵敏度可达4.5 × 1012 spins · Hz-1/2· Gauss-1,在 12 GHz 处,灵敏度可达3.5 × 1012 spins · Hz-1/2·Gauss-1。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH834

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