Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
металлической пластине (донышке) или же вблизи от нее на стенке волновода
в пучности магнитного СВЧ-поля. Излучение проходит через образец дважды:
при падении и после отражения от донышка. Часть прошедшего через образец
СВЧ-излучения с помощью направленного ответвителя поступает на детектор,
а затем на регистрирующее устройство (осциллограф или РОП). Исследования
проводятся на фиксированной частоте; при некоторой напряженности внешнего
магнитного поля в изучаемом веществе будут создаваться условия для
резонансного поглощения падающего на него СВЧ-излучения, что отразится на
уровне напряжения, снимаемого с детектора.
Спектрометры проходного типа содержат такие же конструктивные элементы,
как и отражательные, но излучение после прохождения через образец
попадает сразу на детектор, никаких металлических закорачивающих пластин
после образца нет. Это означает, что применение спектрометров проходного
типа предпочтительнее, так как они обладают большей чувствительностью
благодаря значительно меньшим, чем отражательные спектрометры, потерям
мощности СВЧ-излучения. Источниками излучения в миллиметровом диапазоне
длин волн, как правило, служат лампы обратной волны [146], а в качестве
детекторов применяются высокочувствительные приемники на основе
охлаждаемого InSb [147,148].
ФМР и АФМР. Исследования ферро- и антиферромагнитных резонансов
представляет собой одно из традиционных направлений физики магнитных
явлений. Известно много конструкций спектрометров миллиметрового и
субмиллиметрового диапазонов длин волн электромагнитного излучения,
которые используются для исследования резонансных явлений в твердых телах
при В > 10 Тл (ФМР и часто АФМР в таких полях имеют место именно в
указанном диапазоне длин волн).
Спектрометры отражательного типа, перекрывающие область частот от 32 до
320 ГГц и работающие в импульсных магнитных полях индук-
127
Р и с. 4.19. Отражательный радиоспектрометр:
1 - генератор СВЧ-излучения; 2, 4 - направленный ответвитель; 3 -
аттенюатор; 5 - волновод; б - волномер; 7 - РОП; 8 - усилитель; 9 -
детектор; 10, 13 - гелиевые дьюары; 11 - соленоид; 12 - образец; 14 -
волноводная вставка
цией до 50 Тл, были разработаны в ИАЭ им. И.В. Курчатова, В.И. Ожо-гиным,
К.Г. Гуртовым и А.С. Лагутиным [149]. Спектрометры собирались из
стандартных волноводных деталей 2-, 4- и 8-миллиметровых диапазонов длин
волн, в 4-миллиметровом диапазоне применялся также спектрометр с
диэлектрическим волноводом (см. ниже). Преимущество этого метода изучения
АМФР заключалось в том, что все спектрометры не содержали узкополосных
элементов и поэтому легко перестраивались в широком частотном интервале.
Источниками СВЧ-излучения на частотах 32-80 ГГц служили клистроны, на
частотах от 80 до 320 ГГц использовались лампы обратной волны.
СВЧ-тракт состоял из генератора СВЧ-излучения, аттенюатора, направленных
ответвителей, волноводной вставки, детектора и волномера (рис. 4.19).
Конечный участок спектрометра - волноводная вставка - изготавливался из
медного волновода 4- или 8-миллиметрового диапазона, причем его нижняя,
помещавшаяся в соленоид часть длиной 200-300 мм представляла собой
прямоугольный волновод соответствующего сечения, протянутый из
тонкостенной (0,2-0,3 мм) нержавеющей стальной трубки. Образец
приклеивался клеем БФ-2 на донышко вставки.
Наличие металлического волновода (даже из нержавеющей стали,
электропроводность которой мала) в рабочей полости импульсного соленоида
приводит к эффекту ''диамагнитного поршня": волновод выталкивается из
этой полости вследствие взаимодействия наведенного в нем тока с СМП. При
этом происходит деформация волновода, которая и является причиной
возникновения паразитной модуляции мощности СВЧ-излучения, попадающего на
детектор. В ряде случаев интенсивность
128
подобной помехи может быть сравнима с интенсивностью линий резонансного
поглощения, что затрудняет проведение исследований. Для исключения этой
паразитной модуляции излучения в качестве оконечного участка спектрометра
использовался диэлектрический волновод, изготовленный из кварцевого
стержня диаметром 4 мм. При этом переходная секция волновода 5 (см. рис.
4.19) заканчивалась рупором, назначение которого - возбуждение
диэлектрического волновода. Выбор материала и размеров последнего был
сделан на основе выводов, изложенных в работах [150,151].
Длина волны СВЧ-излучения измерялась при Л < 1 мм интерферометром
Майкельсона, а в других диапазонах - стандартными резона торными
волномерами. Для исследований АФМР в температурном интервале от 1,6 до
400 К волноводная вставка помещалась в гелиевый дьюар, нижняя часть
(аппендикс) которого вставлялась в рабочую полость соленоида.
При изучении резонансных явлений с X < 2 мм возникают сложности из-за
интерференции электромагнитных волн на образце. Если исследуемый образец
имеет толщину около 1 мм, то интерференция волн, отразившихся от
противоположных граней образца, приводит к весьма сложной зависимости
