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第一章 电子自旋共振的基本原理1

1.1 引言1

1.2 磁场和磁矩2

1.2.1 电子轨道磁矩3

1.2.2 电子自旋磁矩4

1.3 电子自旋共振的条件6

1.3.1 磁共振的经典描述6

1.3.2 从量子力学的观点来描述磁共振条件11

1.4 自旋弛豫15

1.4.1 自旋-晶格弛豫17

1.4.2 自旋-自旋弛豫20

1.5 ESR线型22

1.5.1 线型23

1.5.2 线宽26

1.5.3 累积强度29

1.6 g因子30

1.7 核超精细相互作用33

1.7.1 含有一个质子的超精细结构37

1.7.2 一个以上等性质子的超精细结构42

1.8 三重态46

1.9 电子自旋共振的应用49

参考文献51

第二章 顺磁物质的宏观特性及其检测52

2.1 顺磁物质的磁化率52

2.1.1 静态磁化率52

2.1.2 动态磁化率54

2.2 布洛赫方程和洛伦兹线型55

2.3 磁共振的实验检测62

2.4 波导元件68

2.4.1 可变衰减器68

2.4.3 双T接头69

2.4.2 匹配负载69

2.4.4 定向耦合器73

2.4.5 微波铁氧体器件——隔离器和环行器74

2.4.6 相移器78

2.4.7 螺钉调配器79

2.4.8 波导检波器接头80

2.5 高频小幅度调场ESR波谱仪81

2.5.1 微波系统82

2.5.2 磁铁系统83

2.5.3 场调制和检测系统84

2.5.4 谐振腔87

2.6 超外差式ESR波谱仪89

参考文献92

第三章 ESR波谱仪中的微波系统94

3.1 微波电路的设计依据94

3.2 反射速调管99

3.2.1 反射速调管的工作原理99

3.2.2 反射极调制102

3.2.3 速调管的输出功率与负载的关系103

3.3 速调管频率稳定器105

3.3.1 中频Pound稳频器106

3.3.2 传输式频率自动控制（AFC）电路108

3.3.3 反射极调制稳频器109

3.4 固体微波源111

3.4.1 耿氏二极管振荡器111

3.4.2 碰撞雪崩渡越时间二极管振荡器119

3.4.3 速调管与固体微波源的比较124

3.5 固体微波边际振荡器126

参考文献128

第四章 ESR谐振腔130

4.1 微波谐振腔130

4.2 矩形谐振腔131

4.2.1 矩形谐振腔的场结构131

4.2.2 矩形谐振腔的设计134

4.3 圆柱形谐振腔135

4.3.1 圆柱形谐振腔的应用场合135

4.3.2 圆柱形谐振腔的设计137

4.4 谐振腔的耦合140

4.5 辐射品质因数144

4.5.1 波导与谐振腔间的耦合参数144

4.5.2 耦合方式147

4.6 填充因子147

4.7 影响腔体谐振频率的因素151

4.8.1 高温谐振腔153

4.8 高温和低温谐振腔153

4.8.2 低温谐振腔155

4.9 高压谐振腔156

4.10 受光辐照的谐振腔157

4.11 双模谐振腔159

4.12 双样品谐振腔161

4.12.1 两调制频率不同的双样品腔161

4.12.2 两调制频率相同的双样品腔162

4.12.3 装有补偿线圈的双样品腔164

参考文献166

5.1.1 选择磁场的依据168

5.1 对磁场的要求168

第五章 磁铁系统168

5.1.2 磁场的技术指标170

5.1.3 对磁铁的要求172

5.2 稳定的磁铁电源174

5.2.1 稳定的方法174

5.2.2 电流稳定度176

5.2.3 磁场的稳定度176

5.3 磁强计177

5.3.1 核磁共振（NMR）磁强计177

5.3.2 自动跟踪NMR高斯计180

5.3.3 霍耳效应磁强计181

5.4 磁场的扫描182

5.5 源调制184

5.6 磁场调制185

5.6.1 磁场调制信号的波形186

5.6.2 调制幅度对共振线的影响187

5.6.3 调制频率对共振线的影响189

5.6.4 磁场调制方法191

参考文献193

6.1 晶体检波器195

第六章 ESR信号的接收195

6.2 放大器202

6.3 相敏检波器203

6.3.1 信号的相关接收203

6.3.2 相敏检波电路206

6.3.3 相敏检波输出微商信号的获得207

6.4 ESR信号的显示208

6.4.1 示波器显示208

6.4.2 记录器显示和响应时间208

参考文献212

6.5 积分器212

第七章 ESR波谱仪的灵敏度213

7.1 改善波谱仪灵敏度的方法213

7.1.1 加强信号强度的方法213

7.1.2 抑制噪声源的方法216

7.1.3 从噪声中提取信号的方法217

7.2 谐振腔最佳耦合的条件218

7.3 噪声的来源223

7.4 信噪比226

7.4.1 噪声系数226

7.4.2 未计及检波器的噪声时可检测的最小磁化率228

7.4.3 检波器和放大器存在噪声时的最高灵敏度229

7.4.4 晶体检波噪声和预放器的噪声对灵敏度的影响230

7.5 可检测的最小自旋数232

7.6 ESR信号的振幅与温度的关系235

7.7 用电子计算机作ESR数据处理237

7.7.1 带通滤波的局限性237

7.7.2 电子计算机在磁共振实验中的应用238

7.7.3 平均瞬态计算机（CAT）239

7.7.4 利用微处理机采集ESR数据240

7.7.5 ESR信号的三维图像244

7.8 用计算机提高分辨率246

参考文献248

第八章 弛豫时间及其测量250

8.1 弛豫过程250

8.1.1 自旋-晶格的相互作用250

8.1.2 交叉弛豫254

8.1.3 自旋-自旋相互作用256

8.2 饱和法测定弛豫时间257

8.3 用饱和恢复法测定弛豫时间263

8.4 用反转恢复法测定弛豫时间270

8.5 脉冲法与电子自旋回波法274

8.5.1 双脉冲形成回波的方法275

8.5.3 用180°—90°脉冲序列测量纵向弛豫时间T1278

8.5.2 自旋回波法测量横向弛豫时间T2278

8.5.4 自旋回波波谱仪279

8.6 纵向检测电子自旋共振280

参考文献282

第九章 多重电子自旋共振技术284

9.1 电子-核双共振284

9.1.1 ENDOR的基本原理285

9.1.2 稳态ENDOR的弛豫过程289

9.1.3 ENDOR的分辨率294

9.1.4 ENDOR波谱仪295

9.2 电子-电子双共振298

9.1.5 ENDOR谐振腔298

9.2.1 ELDOR的基本原理299

9.2.2 ELDOR波谱仪300

9.2.3 ELDOR谐振腔302

9.3 光检测磁共振和光微扰-电子顺磁共振303

9.3.1 光激发形成顺磁体系的过程303

9.3.2 用荧光监视激发态的ESR信号306

9.3.3 其他ODMR波谱仪的结构实例309

9.3.4 光微扰-电子顺磁共振311

9.4 电子-核-核三重共振312

参考文献314