JPH021582A - 電子スピン共鳴型分光計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、測定試料を含む共振器が定強度、高均一性の
磁場内に配設してあり、該共振器にマイクロ波ブリッジ
によりマイクロ波エネルギーを脈動信号として供給可能
であり、共振器より放出した測定信号が検波器と信号評
価装置とに供給、し、更にマイクロ波源とマイクロ波ブ
リッジとの間に配設した線路が並列パルス整形チャネル
に分割してあり、１つのチャネルに位相及び振幅を調整
する手段、そして複数のチャネルにパルス整形チャネル
を通過する信号を切り替える手段が配設してある電子ス
ピン共鳴型分光計に関する。

（従来の技術） かかる分光計は、米国テキサス州ヒユーストン大学化学
部よｆｉ１９８２年に刊行されたナガヤナの論文「電子
スピンエコー分光計において遅れを低減するための能動
マイクロ波遅延線」に記載されている。

周知の分光計で中心となっている課題は、いわゆる「空
洞リンギング」により発生する遅れを減らすことである
。電子スピン共鳴（ＥＳ　Ｉｔ、）型分光計に普通、高
品質又は小帯域幅のマイクロ波空洞共振器を使用するこ
とは知られている。

この共振器に、専門用語でマイクロ波バーストと理解さ
れるマイクロ波「パルス」を印加すると、共振器は品質
が高いためパルス遮断後、比較的長時間にわたって再び
励起する。この励起は共振器の品質が高いほど大きくな
る。

しかし、この励起時間ＥＡＲ内でのスピンエコー信号の
測定を妨げる。というのも、励起パルスに対するスピン
系の応答をできるだけパルス消滅直後に測定することに
関心があるからである。

このことを背景に、前掲論文には、マイクロ波源からマ
イクロ波ブリッジに至るマイクロ波線に分路を設けた配
置が記載されている。マイクロ波線の主分路にはダイオ
ードスイッチと進行波パワー増幅器と可変減衰器が順次
直列に配設してある。ダイオードスイッチより前でマイ
クロ波線に１０ｄＢカプラが設けてあり、ここから分岐
線が可変減衰器の背後まで導いてあり、その箇所で分岐
線は逆向きの１ｏｄＢカプラを介し再び主線に結合され
る。分岐線にはダイオードスイッチ、マイクロ波増幅器
、別のダイオードスイッチ、可変減衰器、そして０°か
ら１８００まで調整可能な移相器が相前後して設けてち
る。

この配置は、主分路のダイオードスイッチを作動させて
主分路でまず単数又は複数の測定パルスを接続できるよ
うにする一方、分岐線のダイオードスイッチを適宜に作
動させて極性の異なる別のマイクロ波パルスを共振器に
供給できるようにするためのものであり、前記マイクロ
波パルスは特定の遅れを有して主線のマイクロ波パルス
に続いている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この周知配置は、欠点として、ごく単純なパル
ス列を発生できるにすぎず、又装置にかなシの費用がか
かシ、この費用は２つの完全なマイクロ波高パワー回路
の費用に事実上等しい、そのため周知配置は用途の広さ
の点でも費用の点でもその使用が限られている。

そこで本発明は、冒頭述べた形式の分光計を改良し、最
小の構造支出でほぼ無限数のパルス列を、任意に設定可
能な時間間隔、振幅及び位相において試料に照射できる
ようにすることを目的とする。

（課題を解決する丸めの手段、作用） 上記目的を達成するため、本発明は電子スピン共鳴型分
光計において、パルス整形チャネルが分割器により同じ
部分に線路から供給を受け、どのパルス整形チャネルも
位相及び振幅を調整する手段を備え、パルス整形チャネ
ルが、共通のマイクロ波パワー増幅器の入力端子の前に
配設した結合器により再び一つにまとめられるように構
成されている。

こうして、分割器を使用することによりまず少なくとも
類似した、好ましくは同一でさえあるチャネルが得られ
、これらのチャネルにはパワーを増幅する能動素子がな
く、せいぜいダイオードスイッチ、減衰器及び移相器を
設けることに限定できるので、本発明の目的が完全に達
成される。どのチャネルでも振幅及び位相を調整できる
ので、パルスプログラムを作成するにあたって事実上無
限の柔軟性が保証され、又特に核磁気共鳴（ＮＭＲ）　
　技術の方から知られている種類のパルス列、例えばＣ
ａｒｒ−Ｐｕｒｃｅ　１１パルス列又はＣａｒｒ−Ｐｕ
ｒｃｅｌｌ　−Ｍｅｉｂｏｏｍ−Ｇｉ　１１パルス列又
はその他の、相連続したパルスの位相がいわゆるＸ、−
Ｘ、Ｙ又は−ＹパルスとしてＤｏ、９０°、１８０°。

２７０°で現れるパルス列を調整することができる。

この場合チャネル内に好ましくは能動素子のみ使用する
と、増幅器での過渡現象及び減衰現象を考慮しなくても
よいという利点が得られる。

むしろ全マイクロ波信号は低レベル領域でパルス連鎖へ
と成形され、これが次に共通のマイクロ波パワー増幅器
、例えば進行波増幅器に達する。

パルス整形チャネルは好ましくは同一に構成してあり、
そして前述の４つのＸ、−Ｘ、Ｙ及び−Ｙパルスを別々
に調整できるよう４つのかかるパルス整形チャネルが使
用される。これに加え更に、移相器の調整範囲が０〜３
６０°であるのが望ましい。

つまシこうして全体として任意のパルス列を構成するこ
とができる。これが周知装置では不可能であるが、それ
はそこでは空洞共振器の減衰現象を補償するため単一の
抑圧パルスを生成することのみ頭にあったからである。

本発明の好ましい１展開では、各パルス整形チャネルが
２つの並列分路を有し、各分路が位相及び振幅を調整す
る手段と切替手段とを備えている。

この処置の利点として、パルス整形チャネルはそれぞれ
特定の測定パルス、いわゆる「物理的パルス」を調整す
るのに使用することができ、各パルス整形チャネルの内
部には「技術的パルス」により空洞共振器の減衰現象を
補償する別の分路が設けてアリ、各パルス整形チャネル
ごとにこの補償を行うことができる。

相互に同一のパルス整形チャネル又は分路を４つ又は８
つに配置すると、別の利点として、こうして時間的に直
接連続した振幅の異なるパルスを多数発生することがで
き、任意の種類のパルス波形を得ることができる。こう
して有利なことに、相連続したごく狭いパルスが適宜に
増加又は減少する振幅を有することにより、ガウス充填
面銀を生成することができる。例えば８つの並列チャネ
ルの場合振幅の分解能は２８、すなわち１　：　２５６
であり、ごく微細な輪郭線のパルス充填曲線を生じる。

更に、位相及び振幅を調整する手段と切替手段とをサー
キュレータにより１方向で互いに減結合することにより
、良好な作用が達成される。

この処置の利点として混合の分路又はチャネルを互いに
最適に減結合することができ、交互作用の現、れること
がない。

本発明の更に別の１構成では、パルス整形チャネルとパ
ワー増幅器との間に電子調整可能な減衰器、好ましくは
ダイオードスイッチが設けである。

この処置の利点として、チャネル又は分路にスイッチン
グ手段として普通、代表的には２５ｄＢの切替損失を有
するマイクロ波ダイオードが使用されるにも拘らず、例
えば５３　ｄＢというパワー増幅器の入力レベルを全範
囲において利用することができる。後置された共通の電
子調整可能な減衰器、好ましくはやはりスイッチングダ
イオードが、同じ＜２５ｄＢの損失でターンオン可能で
あり、こうして通常のパワー増幅器の全ダイナミックレ
ンジを接続することができる。

（実　施　例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において１０はその基本構成が本来知られている
ような電子スピン共鳴型パルス分光計の全体である。均
一性の高い電磁石１１の磁極間にマイクロ波共振器１２
があり、そのなかで被検試料１３がマイクロ波磁場の磁
場成分に曝されると同時に電磁石１１の定磁場にも曝さ
れている。励起マイクロ波エネルギーを共振器１２に転
送する一方、共振器１２により反射した測定信号を受信
して継続処理するため、マイクロ波ブリッジ１４がマイ
クロ波線１５を介し共振器１２と結ばれている。或は、
信号増幅器１７に接続した通常構造の検波器１６におい
て前記継続処理を行うこともできる。分光計１０の信号
増幅器１７及びその他数多くの構成要素ｔｄテータパス
を介しコンビエータ中央制御装置１８と結んである。他
方、サンプルホールド段を有するＡＤ変換器に接続した
直角変調用検波器１９を介して前記信号評価を行うこと
もでき、このユニットはやはりデータバスでコンピュー
タ制御装置１８に接続してある。

分光計１０をマイクロ波パルス動作で運転できるようパ
ルスプログラム制御装ｆ２５が設けてあり、これはデー
タバスを介しコンビエータ制御装置１８と結ばれ、マイ
クロ波ブリッジ１４、ＡＤ変換器２０、及びマイクロ波
ブリッジ１４と進行波増幅器２７との間に配設したパル
ス整形段２６を駆動する。進行波増幅器２７もパルスプ
ログラム制御装置２５から制御信号を受信する。進行波
増幅器２７の出力端子が再びマイクロ波ブリッジ１４に
働きかけてマイクロ波高パワーエネルギーを共振器１２
に転送させる。

更に分光計１０が通常の如く界磁調整器３０を有し、こ
れが電磁石１１のマグネット電源装置３１を制御する。

磁場・周波数ロック３２が磁場に依存した信号とマイク
ロ波の周波数に依存した信号とを受信し、それと同時に
界磁調整器３０を制御するが、このこと自体はやはり周
知のことである。

それゆえ、全体として、パルスプログラム制御装置２５
を適宜に調整することにより共振器１２又はそのなかに
配置した試料１３にマイクロ波パルスを印加することが
できる。この場合「パルス」とは、時間的に制限された
波動列、すなわち投入時点、位相及び振幅を調整するこ
とのできるバーストのことである。受信した信号を検波
するためパルスプログラム制御装置２５は適宜な仕方で
、高パワーマイクロ波パルスと同期で受信信号を検波し
評価できるよう副信号を必要とする。

第２図が分光計１０の主要なマイクロ波部品を示す。

クライストロン４０又はその他適当なマイクロ波源が、
電子調整可能な減衰器４１を介し、マイクロ波エネルギ
ーを２チヤネルに分割する第一の分割器４２と結んであ
る。第一分割器４２の出力端子に第一〇カブラ４３が接
続してあり、その結合出力端子はやはり減衰器４１を制
御するレベル調整器４４に接続してある。連続波動作（
ＣＷ）用とパルス動作（Ｐ）用の２つの入力信号により
減衰器４１の２の段を調整することができる。図示した
配置では、クライストロン４０のレベル制御が可能であ
り、代表的適用事例ではＸ帯域における最高出力パワー
１．２Ｗのクライストロンが使用され、その出力パワー
は連続波動作（ＣＷ）のとき２００ｎｆ、そしてパルス
動作（Ｐ）のとき８００　ｍＷに調整される。

第一分割器４２の別の出力端子が第二のカブラ４５に、
そしてその結合出力端子が周波数調整器ａ　ｂ　（ＡＦ
Ｃ）に接続してある。周波数調整器４６は高品質の外部
共振器４７と協働し、出力側はクライストロン４０の電
源装置４８に働きかける。

電子スピン共鳴パルス実験に必要な共振器１２は、パル
ス動作が広帯域幅の共振器１２を必要とすることから、
低品質のもの、例えば誘導共振器であるので、高品質の
外部共振器４７にクライストロン４０の周波数を調整す
るのが望ましい。測定共振器１２０品質がごく低いこと
から、例えば温度ドリフト現象を補償するため測定共振
器１２で周波数を調整する仁とはできない。この理由か
らＱが数千以上の外部共振器４７が使用される。

第二カプラ４５の出力端子が第三のカプラ４９に、そし
てその結合出力端子が基準分路５０に接続してある。該
分路の詳細につめては後に第１１図に関連してなお詳し
く説明する。

第三カプラ４９′の出力端子が第四のカプラ５１゛に、
そしてその結合出力端子が磁場・周波数ロック３２に接
続してある。

マイクロ波回路の反対側で第一カプラ４３の出力端子に
第五のカプラ５２が接続してあり、その結合出力端子は
第二分割器５３に接続してある。第二分割器５３は連続
波動作（ＣＷ）用尺ヒパルス動作ＣＰ）用の２台のモニ
タ５４，５５１ｃ働きかけ、モニタ５４．５５が第二人
力端子で受けるマイクロ波信号は信号分路又はマイクロ
波高パワー分路からくる。モニタ５４．５５はマイクロ
波成分、特にマイクロ波パルスの調整が正しいかどうか
を点検するのに役立つ。

第五カプラ５２の出力端子に第六のカプラ５６が、そし
てその結合出力端子はマイクロ波カウンタ５７に接続し
てある。こうして、その都度調整したマイクロ波周波数
を連続的に表示することができる。

第一分割器４２により限定された２つのマイクロ波チャ
ネルは、すぐ上で述べたように４１１１定及び制御を目
的とした各種信号からカプラ４５゜４５．４９，５１，
５２．５６を介し減結合された後、第２図の上半分で連
続波チャネル６０に、そして第２図の下半分でパルスチ
ャネル６１に接続してある。これらのチャネル６０．６
１は出力端子が第一の結合器６２において再び一つにさ
れ、マイクロ波ブリッジ１４の第一のサーキュレータ６
３に達している。サーキュレータは第一のシーケンス出
力端子が共振器１２に、そして第二のシーケンス出力端
子は第２図に符号６４とした信号処理装置に接続してあ
る。信号処理装置の詳細については後に第１１図に関連
して説明する。

連続波チャネル６１；ｊ実質的に第一の減衰器７０と第
一の移相器７１と制御入力端子７３を介し切替可能な第
一のスイッチングダイオードＣＰＩＮダイオード）７２
との直列回路からなる。

それに対し、後に第５図に関連して詳細を説明するパル
スチャネル６１は実質的に制御入力端子７５．７６を備
えたパルス整形段７４と第二の移相器７４と進行波増幅
器２７とからなる直列回路を有する。

連続波ナヤネル６０とパルスチャネル６１が並列に配置
され、そしてそれらが第一結合器６２で一つにしてある
ことにより、いまや、連続波動作又はパルス動作を選択
して処理するか或は特定の実験を行うため両方の動作モ
ードを同時に調整することもできる。

代表的な適用事例では、連続波チャネル６０は約５０ｍ
Ｗの出力パワーを共振器１２に放出できるよう寸法設計
してある。代表的には立上がシ時間Ｉｎ、の第一スイッ
チングダイオード７２により、（第一スイッチングダイ
オード７２を開いて）連続波動作で処理するか、又は第
一スイッチングダイオード７２の作動により共振器１２
に低出力パワーのマイクロ波パルスヲ供給することがで
きる。

このいわゆる「軟パルス」はパルスチャネル６１からく
る高パワーパルスよりもパルス幅を本質的に長くするこ
とができる。つまりその持続時間は進行波増幅器２７の
許容最大占有率によって決まり、この種の通常の増幅器
の場合、許容最大占有率は１％程度である。連続波チャ
ネル６０内で第一移相器７１を適当に調整することによ
り軟パルスは０〜３６０°間の任意の位相位置において
パルスチャネル６１の高パワーパルスにセットすること
ができる。

上述の配置により、一方でパルスチャネル６１を遮断し
、第一スイッチングダイオード７２を持続的に開とする
ことにより、通常の低パワー連続波動作で処理すること
ができる。

第二の動作モードではパルスチャネル６１を遮断し第一
スイッチングダイオード７２を作動させることにより低
パワーマイクロ波パルスでのみ処理することができる。

第三の動作モードでは逆に連続波チャネル６０ｔａ断し
パルス整形段７４１＆：作動させることにより高パワー
パルス動作で処理することができる。

次に、第四の動作モードでは両方のチャネル６０．６１
を並列に投入することができ、この場合連続波チャネル
６０が低パワーパルス、そしてパルスチャネル６１が高
パワーパルスを供給する。

その−例が第３図に示してあり、そこには時間に依存し
てまず低パワーの、但し持続時間の長い第一のパルス８
０、そして次に高パワーの、但し持続時間の短い第二の
パルス８１ｅ　Ｄ　メルことができる。

知られているように、フーリエ変換を介し時間領域が周
波数領域に依存しているためパルス幅は周波数領域内の
周波数分布のスペクトル幅に反比例する。つまり時間領
域内の短いパルスはごく幅の広い周波数分布に至るのに
対し、長いパルスはごく幅の狭い周波数分布に至る。こ
のことを第３図の実験で利用することができ、第二パル
ス８１に起因した比較的広い周波数分布８２が第一パル
ス８０の惹き起こすごく狭い切込み部８３を備えている
＠４図の周波数分布が得られる。従って軟パルス８０に
より、本来幅の広いスピン東（周波数分布８２）内で選
択飽和（切込み部８３）を達成することができる。

パルス８０．８１を使った第３図の図示が単なる１例と
理解すべきであることは自明であり、パルスは勿論任意
の時間関係、位相位置又は振幅比とすることができ、例
えば時間的に一致させることもできる。最後に、前述の
高パワーパルスをパルスチャネル６１がら放出し、第一
スイッチングダイオード７２を連続的に開いて連続波チ
ャネル６０を連続波動作で作動させる第五の動作モード
も可能である。高パワーパルスの連続波レベルの混合は
、スピン系を飽和し、そして次に連続波レベルにより飽
和状態からのスピン系の回復を検出するいわゆる「飽和
回復」を生成するのに使用することができる。この場合
、低パワーの分離した連続波チャネル６０全並行して使
用することの利点としてきわめて低い連続波レベルで処
理することができ、単一の高パワーチャネルを使って処
理し、そして高パワーパルスの照射後に低レベルの連続
波動作に切り替える場合のように進行波増幅器の雑音で
邪魔されることもない。

第５図がパルスチャネル６１のその他の詳細を示す。

パルスチャネル６１の入力側に第三の分割器９０を認め
ることができ、これが到来するマイクロ波エネルギーを
４つの並列且つ等価なパルス整形チャネル９１ａ　、９
１ｂ　、９１ｃ　、９１ｄに分配し、パルス整形チャネ
ルは出力側で、第三分割器９０と対称な第二の結合器９
４で再び一つにまとめられる。パルス整形チャネル９１
．〜９１ｄはそれぞれ２個の制御入力端子９２ａ〜９２
ｄ又１ｄ９３ａ〜９５ｄを有するが、その詳細について
はなお後に第６図及び第８図に関連して説明する。

第二結合器９４の出力端子に、マイクロ波前置増幅器９
５と第二移相器７７と制御入力端子９７を有する第二の
スイッチングダイオード９６とその結合出力端子がパル
スモニタ５５に結ばれた第七のカプラ９８と進行波増幅
器２７と第二の減衰器９９と制御入力端子１０１を有す
るスイッチング段１００とからなる直列回路が接続して
ある。

４つの並列に接続したパルス整形チャネル９１ａ〜９１
ｄにより、任意のパルスプログラムを作成することがで
きる。例えば、第一パルス整形チャネル９１ａではいわ
ゆるＸパルス（位相０°）、第二パルス整形チャネル９
１ｂではいわゆるーＸパルス（位相＋９０°）、第三パ
ルス整形チャネル９１ｃではいわゆるＹパルス（位相＋
１８０°）、そして最後に第四パルス整形チャネル９１
ｄではいわゆるーＹＸパルス位相＋２７０°）ｆ！：調
整することができる。

４つのパルス整形チャネル９１ａ〜９１ｄを並列に配置
する利点として前記Ｘ、−Ｘ、Ｙ及び−Ｙパルスは互い
に任意の位相位置で調整することができる。単一のチャ
ネルではこれが不可能であろう。というのもマイクロ波
信号の位相を切り替える通常の部品はスイッチング時間
が３ｎｓよりかなり長く、ごく密接した位相関係をこの
方法で実現することはできないからである。

だが並列チャネル′を便うと、ごく密接した位相位置も
互いに、位相位置０に至るまで調整することができる。

後に第６図及び第８図に関連してなお説明するように、
パルス整形チャネル９１ａ〜９１ｄはマイクロ波パワー
を弱めるスイッチングダイオードをすでに備えている。

第二結合器９４の共通する出力端子の後方に制御入力端
子９７を有する第ニスイツチングダイオード９６は更に
、進行波増幅器２７のダイナミックレンジが例えば５３
ｄＢであり、単一のスイッチングダイオードではこれを
カバーすることができないので、ダイナミックレンジを
広げる意味も持つ。それゆえ減衰を行い又それとともに
進行波増幅器２７のダイナミックレンジ全体を利用する
ため、通常のスイッチングダイオードのダイナミックレ
ンジが約２５ｄＢであることから、かかるスイッチング
ダイオードが２側石列に接続して使用される。

進行波増幅器２７の出力端側にある第二ｄ衰器９９はレ
ンジが例えば０〜６０　ｄＢの高パワー減衰器として設
けておくことができる。

知られているように通常の進行波増幅器はマイクロ波パ
ルスの増幅時後縁の最後にいわゆる「尾」、減衰現象を
生じる特徴がある。この現象は電子スピン共鳴パルス実
験の場合大きな障害となる。この理由から、このパルス
の「尾」を切り取る役目でスイッチング段１００が設け
である。こうして分光計の無駄時間が著しく低減する。

スイッチング段１００の詳細が第１０図に示してあり、
この点については本明細書中に説明してある。

第６図はパルス整形チャネル９１ａの１実施例の第一変
形例を示す。

第６図からはっきりわかるようにここでも２つの並列分
路が設けてあり、その入力端側は第四の分割器１１０に
より形成してある。分路はそれぞれ第三の減衰器１１１
ａ又は１１１ｂと第三の移相器１１２ａ又は１１２ｂと
第三のスイツ・チングダイオード１１５ａ又は１１５ｂ
との直列回路からなり、該ダイオードにはすでに触れた
制御入力端子９２Ｂ、９３ａが付属し、そして最後に両
分路は第三の結合器１１ＸＳにおいて再び一つにまとめ
である。

第６図の上側分路１１１ａ・・・はいわゆる「マスター
」分路として働き、制御入力端子９２ａの駆動によりス
イッチングダイオード１１３ａが動作して希望するパル
ス、例えばＸパルスを発生する。

測定共振器１２は品質が比較的低いにも拘らずなお帯域
幅が限定されているので、高パワーマイクロ波パルスを
印加すると「リンギング」と呼ばれる減衰現象が発生す
る。この障害となる作用を取り除くため第６図の下側分
路が「スレーブ」分路として設けである。「スレーブ」
分路内で、「マスター」パルスとは１８０°位相ノずれ
た抑圧パルスが生成される。

第７図がかかるパルス列を示す。１１７は本来の電子ス
ピン共鳴実験の遂行、つまり試料１５の励起に役立つい
わゆる「物理的パルス」である。次に、例えば位相０３
の「物理的パルス」１１７に、共振器１２の減衰現象を
抑圧するいわゆる［技術的パルスＪ　１１８（空洞リン
ギング消滅パルス）が位相位！１８０°で続いている。

高周波技術上の理由からパルス１１７，１１８間の間隔
をできるだけ０とすべきであることは明白である。しか
し実際上の理由からパルス１１７゜１１８間に僅かの時
間の遅れを取るのが有利な場合もあり、これに利用する
のがモニタ５４　、５５である。

「マスター」分路１１１ａ・・・の素子と「スレーブ」
分路１１１ｂ・・・の素子は好ましくは同一に構成して
ある。各分路において、第６図から読み取ることができ
るようにパルス（又はパルスシーケンス）の位相も振幅
も別々に調整することができる。通常使用される振幅調
整範囲は０〜５０ｄＢ、位相調整範囲は分解能α１°の
場合０〜３６０°である。

第６図を第５図と一緒に検討してわかるようにそれぞれ
二重に分路した４つのパルス整形チャネル９１ａ〜９１
ａでもって合計８つの、例えば同一のマイクロ波チャネ
ルが用意してある。従ってパルスチャネル６１の各種動
作モードが可能である。

１動作モードでは４つのパルス整形チャネルｌａ〜９１
ｄにより任意のパルス列を＠整し、共振器１２の減衰現
象をそれぞれ抑圧することができる。こうして試料１３
に、磁気共鳴技術の方から知られているようなパルス又
はパルス列全照射することができる。例として挙げるな
らＣａｒｒ−Ｐｕｒｃｅ　ｌ　１パルス列又はＣａｒｒ
−Ｐｕｒｃｅｌｌ　−Ｍｅ　ｉｂｏｏｍ−Ｇｉ　１１　
パルス列がある。いわゆる相回転を使った実験も行うこ
とができる。位相を周期的に交換し、そして得られた測
定データを適宜に分類することにより、後に第１１図に
関連してなお説明するように直角変調用検波器１９及び
それに付属したビデオ増幅器の両方のアームのなかに技
術上発生する差異を突き止めることができる。

測定した吸収信号をＡ、測定した分散信号をＤとすると
、Ｘ及びＹパルスを使用した場合位相を周期的に交換す
ると二重のビデオ増幅器の出力端子にまず信号Ａ、Ｄ、
次にり、Ａ、次に−Ａ、−Ｄ、そして最後に−Ｄ、−Ａ
が現れる。

次にこれらの信号を適宜に加算、減算又は除算し、一定
した誤差を算出することができる。

この場合、格別有利な点として各パルス整形チャネル９
１ａ〜９１ｄ内にそれぞれ２つの分路があるため、各物
理的パルス（第７図の１１７）に技術的抑圧パルス（第
７図の１１８）が続くので、極端に短い遅れで処理する
ことができる。

合計８つのマイクロ波チャネルを利用できる別の動作モ
ードは次のとおりである。

試料１３を高い選択性で、つまり狭い帯域ごとに励起し
たい場合、時間領域内でマイクロ波パルスの波形はガウ
ス曲線の形状とすべきである。かかる分布曲線は８つの
マイクロ波チャネルを使って、すなわち８つのチャネル
の各々がそれぞれ同じ時間に特定の振幅量全提供するこ
とにより、容易に合成することができる。８つのチャネ
ルはすべてその振幅が個々に調整可能であり、又出力端
側で第二及び第三結合器９４，１１４により混合される
ので、こうして２ｓ、すなわちに２５６の振幅分解能が
可能である。

第８図は、順次励起される個別パルス１２１から合成し
たガウス分布のパルス波形１２０を使ったこの実験の結
果を示す。達成できる振幅分解能１２２はすでに述べた
ように１：２５６である。

第９図に示すパルス整形チャネル９１ａ′の変形例は、
第６図に示す素子［１０，１１２ａ、１１５ａ。

１１４又は１１０　、１１１ｂ　、１１２ｂ　、１１５
ｂ　、１１４間にそれぞれサーキユレータ１１５又は１
１５ａがあり、その第三出力端子が各１のマイクロ波溜
め１１６又は１１６ａに接続してある点で第６図の実施
例と相違している。サーキユレータ１１５として、第四
分割器１１０の出力端子及び第三結合器１１４の入力端
子に後方減衰４０ｄＢの複式アイソレータ、そして残り
の部分では後方減衰２５ｄｌｌの単式アイル−タを使用
することができる。

サーキユレータ１１５又は１１５ａ　ｆ付加的に設ける
と、システムの非反作用性、及び前記８つのチャネル相
互の減結合が向上する。

第１０図は第５図でパルスチャネル６１の出力端側に認
めることができるようなスイッチング段１００の詳細を
示す。

例えば、パルスチャネル６１内の第ニスイツチングダイ
オード９６の場合のように、マイクロ波パワーの切替又
は減衰に簡単なスイッチングダイオードの使用が可能で
はあるが、しかし大きなマイクロ波パワーを接続すべき
場合には問題を生じることがある、というのも照射する
きわめて大きなマイクロ波パワーでなだれ効果が発生す
ることによりダイオードがかつてに導通となるからであ
る。

仁の問題は第１０図のスイッチング段１００で防ぐこと
ができる。マイクロ波分路にスイッチングを接続する代
わりに、第三のサーキユレータ１３０を使用し、その第
二端子を第四のスイッチングダイオード３１と接続し、
後者は第二のマイクロ波溜め１５２に接続してあろう第
四スイッチングダイオード１５１は制御入力端子１０１
を介し導通状態と非″導通状態とにすることができる。

１ｖＪ１０図に更に示唆したように素子１３０゜１３１
．１３２の配置は、更に別の素子セット１３０ａ。

１３１１　、１３２ａを任意の数だけ直列に接続するこ
とにより、カスケード化することもできる。

スイッチング段１００は、第５図に関連してすでに述べ
たように、パルスの「尾」が電子スピン共鳴実験を乱す
ことのないよう、進行波増幅器２７の高パワー出力パル
スを切り取る意味を持っている。これを達成するため制
御入力端子１０１は時間的にマイクロ波パルスの後縁と
同期又はそれより僅かに遅れて駆動される。第四スイッ
チングダイオード１５１は、サーキュレータ１３０′ｌ
ｊＩ：介しマイクロ波高パワーパルスを転送できるよう
まず遮断されている。なぜなら遮断された第四スイッチ
ングダイオード１５１ばそれ自身なだれ領域に達するこ
となくマイクロ波パルスを反射するからである。これに
関連し、マイクロ波高パワーパルスの反射時、第四スイ
ッチングダイオード１３１が導通状態となることのない
ようその挿入損失（１ｎｓｅｒｔｉｏｎ　１ｏｓｓ　）
を適宜に設計しておく点に勿論注意しなければならない
。

次にマイクロ波パ゛ルスの後縁でもって第四スイッチン
グダイオード１３１が導通状態に反転し、サーキュレー
タ１３０内のパルスの「尾」は第四スイッチングダイオ
ード１３１を介しマイクロ波溜め１３２に転送される。

第四スイッチングダイオード１３１ｔ−マイクロ波パル
スの後縁より多少遅らせて導通にすると、進行波増幅器
２７の出カバルスはごく短時間のうちに約３０〜ａＯｄ
Ｂ低下し、第四スイッチングダイオード１５１は３０〜
４０ｄＢ低下したレベルを導通するだけとなるとの事実
を利用することができる。大抵の電子スピン共鳴実験に
とってこのスイッチング挙動は十分である。というのも
マイクロ波パルスの後縁から第四スイッチングダイオー
ド１５１のターンオンまでの短い時間の間、後縁の急峻
は十分大きいからである。

パルスの「尾」のこの切取りは第１０図に示唆した素子
のカスケード化により勿論なお向上させることができる
。

最後に第１１図は信号処理の詳細を示す。

共振器１２で反射した測定信号は測定すべき電子スピン
共用実験についての情報を含んでおり、通常の方法によ
りサーキユレータ６３の第三端子から取り出すことがで
きる。この測定信号が最初に供給される第へのカプラ１
４０は結合出力端子が連続波チャネルのモニタ５４に接
続してある。第八カプラ１４０の出力端子はまず第一切
替スイッチ１４１の一方の入力端子に接続してあり、第
二の入力端子には別の共振器、例えば誘導共振器を接続
することができる。

第一切替スイッチ１４１の出力端子に第五のスイッチン
グダイオード１４３が接続してあり、その制御入力端子
１４４はやはり第二の切替スイッチ１４５に接続してあ
る。第二切替スイッチ１４５は一方の切替位置のとき測
定信号？そのまま転送し、他方の切替位置のときマイク
ロ波前置増幅器１４６をオンにする。この増幅器は代表
的適用事例の場合、雑音指数が僅か１．９　ｄＢ、増幅
度５８　ｄＢである。この動作モードのときマイクロ波
前置増幅器１４６を高パワーパルスから保護するため第
五スイッチングダイオード１４３が設けてあシ、これは
、パルス間隔中に電子スピン共鳴信号の自由誘導落下分
をマイクロ波前置増幅器１４６に供給するため、だがそ
の外ではこれを高パワーパルスから保護するため、パル
ス間隔の間のみ開く。

第三の切替スイッチ１４７が前記分路を再び一緒にし、
更に第四の切替スイッチ１４８に接続してある。後者は
第１１図の上側切替位置が連続波測定、下側切替位置が
好ましくはパルス測定に使用される。第四の切替スイッ
チ１４８が上側切替位置のとき、第四の結合器１５１と
単相復調器１５２、例えば同軸ショットキー障壁ダイオ
ードとを有する連続波チャネル１５０がオンであり、こ
のチャネルは（第四切替スイッチ１４８の）測定信号と
基準信号とから（第五結合器１５１の第二人力端子を介
し′）形成した例えば帯域幅３０Ｈｚ〜５ＭＨｚのトー
タル信号を増幅し、通常の方法で継続処理する。電子ス
ピン共鳴測定信号は最後に表示装置１５３、例えば画面
、プリンタ等で表示され、更には周知の如く記憶し、評
価し又はその他の方法で処理することができる。

第四切替スイッチ１４８が下側切替位置のとき、基準分
路５０と後段の直角チャネル１６０とを有する第１１図
の下半分に示す測定チャネルが投入される。

第三カブラ４９から減結合されたマイクロ波基準信号は
基準分路５０において、第五分割器１６４内で分割きれ
る前に、まず遅延素子１６１と第四の減衰器１６２と第
四の移相器１６３とからなる直列回路に到達する。第五
分割器１６４は第一の出力端子が第六の分割器１６５の
入力端子に接続してあり、後者は一方の出力端子から、
すでに連続波チャネル１５０に関連して説明した第四結
合器１５１に供給する基準信号を発生する。第五分割器
１６４の第二出力端子は第五移相器１６６と第五減衰器
１６７との直列回路を経て直角チャネル１６０に至る。

この直角チャネル１６０の入力側に第六の分割器１６８
が設けてあり、その入力端子が第四切替スイッチ１４８
と結ばれている。第六分割器１６８の２つの出力端子は
、第１図でともに符号１９としておいた第一の直角検波
器１６９又は第二の直角検波器１７０に接続してある。

第一直角検波器１６９の第二人力端子が第六分割器１６
５の第二出力端子と結ばれ、第二直角検波器１７ｏの第
二人力端子は第五減衰器１６７の出力端子に接続してあ
る。直角検波器１６９　、１７０の出力端子は、結局、
サンプルホールド段を有するＡＤ変換器２０に接続して
あり、そしてこのユニットは第１１図には図示省略した
別の周知ユニットケ介し表示装置１５３にやはり接続し
てある。

パルス動作のとき、回転磁化の２つの直交投影において
磁化の崩壊（いわゆるｒＦＩＤＪ−自由誘導崩壊ｆｒｅ
ｅ　１ｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｃａｙ）が測定されろう
以上のことから推論されるように、直角検波器１６９，
１７０には一第六分割器１６Ｂを介しｍ−測定信号が供
給される一方、基準信号も供給され、第二直角検波器１
７０の基準信号は素子１６６、１６７により振幅及び量
が、第六分割器１６５の下側出力端子に現われる別の基
準信号に対し相対的に調整可能である。

通常のスピンエコー実験には勿論一方の直角検波器１６
９又は１７０のみを使って処理することもでき、この場
合他方の分路は遮断する。直角検波器１６９　、１０と
して高ダイナミツクツマイクロ波混合器が使用される。

第１１図に示すブロック２０はまず帯域幅５０〜２００
　ＭＨｚ、増幅度例えば６６　ｄＢの２チャネルビデオ
増幅器を含む。この場合ビデオ増幅器の出力信号はＡＤ
変換器に、そしてそこからコンピュータ制御装置１８に
供給されるが、第１１図では理解を容易にするためその
詳細がすべて図示省略している。

ちなみに、分光計１０の記載した構成要素には電子スピ
ン共鳴分光技術において一般的で知られているような市
販のマイクロ波及び高周波部品を使用することができる
。

（発明の効果） 本発明はパルス整形チャネルが分割器により分割された
ほぼ同一の複数チャネルでなり、このチャネルにはダイ
オードスイッチ、減衰器および移相器を設けることによ
りどのチャネルでも振幅および位相を調整でき、任意の
パルス列を構成できる。

さらに共通のマイクロ波パワー増巾器の前段に結合器を
設けてチャネルを再び一つにまとめたので、回路に有害
な帰還作用をなくして所望の正確なパルス列を試料に照
射できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子スピン共鳴型パルス分光計の著しく簡略化
したブロック構成図、 第２図は第１図に示す分光計のマイクロ波部品の簡略化
したブロック構成図、 第３図は低パワーマイクロ波回路と高パワーマイクロ波
回路の併用を明らかにする２棟のマイクロ波パルスの時
間的推移図、 寺 第４図第５図に示す技術を適用した場合のマイクロ波エ
ネルギーのスペクトル分布図、第５図は第２図に示すブ
ロック構成図のマイクロ波高パワーチャネルの詳＠を説
明する別のブロック構成図、 第６図は第５図に示すブロック構成図のパルス整形チャ
ネルの更に別の細部のブロック構成図、 第７図は第６図に示すパルス整形チャネルで発生するこ
とのできるマイクロ波パルスの時間依存性金示す図、 斃 第８図第６図に示す実施例の変形例を示すフロック構成
図、 第９図は第６図及び８Ｉ！８図のパルス整形チャネルで
発生することができそして所定の分布曲線を合成するの
に使用される相連続したマイクロ波パルスの時間依存性
を示す図、 第１０図は第５図に示すスイッチング段の史に別の詳細
を説明するブロック構成図、第１１図は第１図に示す電
子スピン共鳴型パルス分光計の信号評価回路を説明する
ブロック構成図である。 １０・・・分光計、　　１２・・・共系器、　　１３・
・・試料、１４−・・マイクロ波ブリッジ、１６・・・
復調器、１７・・・信号増幅器、　　１９・・・直角復
調器、２０・・・ＡＤ変換器、　６０．６１・・・チャ
ネル、ＣＷ・・一連続波信号、　Ｐ・・・パルス信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）測定試料（１３）を含む共振器（１２）が定強度、
   高均一性の磁場内に配設してあり、該共振器にマイクロ
   波ブリッジ（１４）によりマイクロ波エネルギーを脈動
   信号（Ｐ）として供給可能であり、共振器（１２）より
   放出した測定信号が検波器（１６、１９）と信号評価装
   置（２０）とに供給し、更にマイクロ波源とマイクロ波
   ブリッジ（１４）との間に配設した線路が並列パルス整
   形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）に分割してあり、１つの
   パルス整形チャネルに位相及び振幅を調整する手段（１
   １１、１１２）、そして複数のパルス整形チャネルにパ
   ルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）を通過する信号を
   切り替える手段（１１３）が配設してある電子スピン共
   鳴型分光計において、パルス整形チャネル （９１ａ〜９１ｄ）が分割器（９０）により同じ部分に
   線路から供給を受け、どのパルス整形チャネル（９１ａ
   〜９１ｄ）も位相及び振幅を調整する手段（１１１、１
   １２）を備え、パルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）
   が、共通のマイクロ波パワー増幅器（２７）の入力端子
   の前に配設した結合器（９４）により再び一つにまとめ
   られていることを特徴とする分光計。 ２）パルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）がすべて同
   一に構成してあることを特徴とする請求項１記載の分光
   計。 ３）４つのパルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）を設
   けたことを特徴とする請求項１又は２記載の分光計。 ４）各パルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）が２つの
   並列分路を有し、各分路が位相及び振幅を調整する手段
   （１１１ａ／１１１ｂ、１１２ａ／１１２ｂ）と切替手
   段（１１３ａ／１１３ｂ）とを備えていることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の分光計。 ５）位相調整手段（１１２）が０〜３６０°の領域をカ
   バーすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の分光計。 ６）位相及び振幅を調整する手段（１１１、１１２）と
   切替手段（１１３）がサーキュレータ（１１５）により
   １方向で互いに減結合してあることを特徴とする請求項
   １〜５のいずれかに記載の分光計。 ７）パルス整形チャネル（９１ａ〜９１ｄ）とパワー増
   幅器（２７）との間に電子調整可能な減衰器（９６）が
   配設してあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   に記載の分光計。