SU832431A1

SU832431A1 - Radiospectometer

Info

Publication number: SU832431A1
Application number: SU792765160A
Authority: SU
Inventors: Виктор Валентинович Еременко; Аркадий Викторович Клочко; Виктор Маркович Науменко
Original assignee: Физико-Технический Институт Низкихтемператур Ah Украинской Ccp
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1979-05-07
Publication date: 1981-05-23

Description

1one

Изобретение относитс к измерительной технике и может использоватьс дл исследовани спектров резонансного поглощени твердых тел в импульсньт магнитных пол х.The invention relates to a measurement technique and can be used to study the resonant absorption spectra of solids in pulsed magnetic fields.

Известен радиоспектрометр, содержащий источник излучени , волномер , рабочую чейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате, выход которой соединен с приемником, охлаждаемым жидким гелием Ll.A radio spectrometer is known that contains a radiation source, a wave meter, a working cell placed in a magnetic field of a solenoid and installed in a cryostat, the output of which is connected to a receiver cooled by liquid helium Ll.

Оданако известный радиоспектрометр имеет узкий частотный диапазон и низкую чувствительность.Odanako known radio spectrometer has a narrow frequency range and low sensitivity.

Цель изобретени - расщирение частотного диапазона и повьппение чувствительности.The purpose of the invention is to broaden the frequency range and increase sensitivity.

Эта цель достигаетс тем, что в радиоспектрометр, содержащий источник излучени , волномер, рабочу чейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате , выход которой соединен сThis goal is achieved by the fact that in a radio spectrometer containing a radiation source, a wave meter, a working cell placed in the magnetic field of a solenoid and installed in a cryostat, the output of which is connected to

приемником, охлаждаемым жидким гелием , введены делитель луча, содержащий в первом плече первый вращатель плоскости пол ризации, оптически соединенный с первой системой линз, во втором плече .- второй вращатель плоскости пол ризации , в третьем плече - оптикоакустический приемник, а четвертое плечо оптически соединено со второй системой линз, последовательно соединенные блок автокалибровки,liquid helium cooled receiver introduced a beam divider containing in the first arm the first rotator of the polarization plane, optically connected to the first lens system, in the second arm. - the second rotator of the polarization plane, in the third arm - the optoacoustic receiver, with the second lens system, the autocalibration unit connected in series,

блок питани , блок задержки и двухлучевой запоминающий осциллограф,power unit, delay unit and dual-beam storage oscilloscope,

механический прерьюатель, последовательно соединенные видеоуситель и контрольный осциллограф, а также блок компенсации и интегратор, включенные между соответствующими выходами криостата и первым и вторым входами двухлучевого запоминающего осциллографа; к третьему входу которого подключен выход видеоусилител , -а к четвертому входу выход блока автокалибровки, выход приемника охлаждаемого жидким гелием соединен со входом видеоусилител , механический прерыватель включен межд другим выходом блока автокали бровки и второй системой линз, вы-. ХОД которой оптически соединен со входом рабочей чейки, другой выход блока питани подключен ко входу криостата, ко второму вращателю плоскости пол ризации подключен вол номер , источник излучени оптически соединен со входом первой системы линз, а рабоча чейка выполнена в виде двух конусных диэлектрических линз, переход щих в диэлектрические волноводы, при )том исследуемый образец установлен между торцами диэлектричесжик волноводов. fCpoMe того, по оси конусных диги .ектрических линз выполнен канал. На фиг. 1 представлена структурна электрическа схема предлага емого радиоспектрометра , на фиг, 2его конструкци . Радиоспектрометр содержит источник излучен.и 1 , первую систему линз 2, отрезок лучевода 3, первый вращатель А плоскости пол ризации. делитель 5 луча, имеющий первое 6, ьторое 7, третье 8 и четвертое 9 плечи соответственно, криостат 10, прнемнш 1 1 , охлаждаем з Й жидким гелием , видеусилитель 12, двухлучевой запоминающий осциллограф 13, контрольный осциллограф 14, блок 15 ко пенсации, интегратор.16, блок 17 за держки, блок 8 автокалибровки, ме ханический прерыватель 19, блок 20 питани , оптикоакустический приемник 21, второй вращатель 22 плоскости пол ризации, волномер 23, втору систему линз 24.,В криостате с окнами 25 и 26 (фиг. 2) размещен соленоид 27, в магнитном поле котор го находитс рабоча чейка, выполненна в виде двух конусных диэл трических линз 28, переход щих в ди электрические волноводы 29, между: торцами которых установлен исследуемый образец 30, дл увеличени однородности магнитного пол имеетс текстолитова вставка 31, конусные диэлектрические линзы зажаты в оправки 32, а концы диэлектрическ волноводов вставлены в диэлектричес кую втулку 33, на поверхности которой намотаны катушки 34-36, а по ос конусных диэлектрических линз выполнен канал 37. Радиоспектрометр работает следующим образом. Излучение, генерируемое источником излучени , например лампой обратной волны, пройд первую систему линз 2, необходимую дл согласовани выхода источника излучени с отрезком лучевода 3, через первый вращатель и плоскости пол ризации попадает на делитель 5 луча. Часть излучени ответвл етс и, пройд второе плечо 7 и второй вращатель плоскости пол ризации 22, в нужной пол ризации поступает на вход волномера 23. Отраженна от него часть энергии попадает на оптикоакустический приемник (ОАП) 21, где прее1бразуетс в электрический сигнал. В момент настройки волномера на частоту генерации источника излучени 2 волномер поглощает максимальную часть энергии СВЧ-излучени и, следовательно, сигнал , снимаемый с ОЛ.Ч 21 минимален. Часть энергии СВЧ, прошедща делитель 5 луча, прерываетс механическим прерывателем 19 и через окна 25 и 26, криостата 10 (фиг. 2) заводитс на рабочую чейку с исследуемым образцом 30. Пройд конусные линзы 28 и исследуемый образец, наход щийс между ними, излучение выходит из криостата 10 и направл етс в приемник 11. Электрический сигнал с частотой модул ции, по вл ющийс на приемнике под действием СВЧ излучени , усиливаетс видеоусилителем 12 и подаетс на вход контрольного осциллографа 14 и на вход двухлучевого запоминающего осциллографа 13. Развертка спектра осуществл етс магнитным полем соленоида 27 при фиксированной частоте СВЧ источника 1 излучени . Частота прерывани СВЧ излучени механическим прерывателем 19 должна быть немного меньше, чем 1 /2Т, где Т - длительность импульса магнитного пол , что необходимо дл регистрации спектра в течение всей длительности импульсного пол . Дл записи спектра поглощени исследуемого образца 30 необходимо включить запуск блока 18 автокалибровки работающего в режиме однократного запуска ) , после чего он синфазно с модул цией излучени вырабатывает последовательно три управл ющих им5 пульса. Первые два импульса соответствуют моментам открывани и перекрыти пучка излучени сектором механического прерывател 19 и произ вод т последовательно двукратный запуск развертки двухлучевого запоминающего осциллографа 13, на экране которого записываетс уровень сиг нала, соответствующий интенсивности излучени , попавшего на приемник в отсутствие магнитного пол на образце 30, и два нулевых уровн , т.е. сигнала с рабочей чейки (наход щейс в криостате 10 ) при перекрытом пучке СВЧ излучени и сигнала пол , поступающего с интегратора 16, где интегрируетс сигнал, снимаемый с катушки 35. При последующем открывании пучка СВЧ сектором механического прерывател 19, блок 18 автокалиб ровки вьщает третий импульс в блок 20 питани и батаре конденсаторов разр жаетс через обмотку соленоида 27. В момент начала разр да батареи конденсаторов из блока питани 20 подаетс импульс в блок 17 задержки и после него - на двухлучевой запоминающий осциллограф 13 дл запуска его развертки в третий раз. Происхо дит запись спектра поглощени иссле дуемого образца 30 и сигнала величи ны пол , поступающего на интегратор 16, в выбранном масштабе. Резул тирующа запись на экране двухлучев го запоминающего осциллографа 13 вк чает следующие осциллограммы: нулевые уровни сигнала и пол , сигнал, соответствующий интенсивности излучени СВЧ, попавшего на приемник в отсутствие пол на образце 30 и спектр поглощени образца 30 с сигналом величины пол . . Таким образом, предлагаемый радиоспектрометр позвол ет исследовать резонансное поглощение твердьпс тел в диапазоне длин волн 0,3-6 мм в импульсных магнитных пол х.до 300 кЭ без переустановки образца и наблюдать на изменением намагниченности образца. Наличие автокалибровки существен но повьшает точность измерени параметров резонансных линий (особенно в случае использовани широкодиапазонных генераторов, имеющих, как правило, сильно изрезанную амплитуд ную характеристику). Образец в магнитном поле импульс ного соленоида можно устанавливать 16 в двух взаимно перпендикул рных направлени х с точностью 0,5, причем он крепитс без применени кле , что улучшает форму линий резонансного поглощени исследуемых образцов. Наводка не превьшает уровн шумов приемника, что увеличивает чувствительность радиоспектрометра. Формула изобретени Радиоспектрометр, содержа1ций источник излучени , волномер, рабочую чейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате , выход которой соединен с приемником, охлажденным жидким гелием , отличающийс тем, что, с целью расширени частотного диапазона и повьшени чувствительности , введены делитель луча, содержаний в первом плече первый вращатель плоскости пол ризации, оптически соединенны с первой системой линз, во втором плече - второй вращатель плоскости пол ризации, в третьем плече- оптикоакустический приемник, а четвертое плечо оптически соединено со второй системой линз, последовательно соединенные блок автокалибровки, блок питани , блок задержки и двухлучевой запоминающий осциллограф, механический прерыватель , последовательно соединенные видеоусилитель и контрольный осциллограф , а также блок компенсации и интегратор , включенные между соответствующими выходами криостата и первым и вторым входами двухлучевого запоминающего осциллографа, к третьему входу которого подключен выход видеоусилител , а к четвертому входу выход блока автокалибровки, выход приемника ,охлаждаемого жидким гелием,соединен со входом видеоусилител , механический прерьшатель включен между другим выходом блока автокапибровки и второй системой линз, выход которой оптически соединен со входом рабочей чейки, другой выход блока питани подключен ко входу криостата , ко второму вращателю плоскости пол ризации подключен волномер, источник излучени оптически соединен со входом первой системы линз, а рабоча чейка выполнена в виде двух конусных диэлектрических линз, переход щих в диэлектрические волноподы , при этом исследуемый образец 83243 установлен между торцами диэлектрических волноводов. 2. Радиоспектрометр по п. 1, отличающийс тем, что по оси конусных диэлектрических хгинз выполнен канал. 5 18 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 337707, кл. G О N 27/78, 1967 (прототип).a mechanical transducer, a series-connected video amplifier and a control oscilloscope, as well as a compensation unit and an integrator connected between the respective outputs of the cryostat and the first and second inputs of a two-beam storage oscilloscope; the output of the video calibration unit is connected to the third input of which, and to the fourth input, the output of the autocalibration unit, the output of the receiver cooled by liquid helium is connected to the input of the video amplifier, the mechanical interrupter is connected between the other output of the autocatalogue unit and the second lens system, you-. The stroke of which is optically connected to the input of the working cell, another output of the power supply unit is connected to the input of the cryostat, a wave number is connected to the second rotator of the polarization plane, the radiation source is optically connected to the input of the first lens system, and the working cell is made in the form of two conical dielectric lenses In this case, the sample under study is installed between the ends of the dielectric waveguides. In addition, along the axis of the conical dig. of the optical lenses, the channel is made. FIG. 1 shows the structural electrical circuit of the proposed radio spectrometer, FIG. 2, its construction. The radio spectrometer contains a source of radiation and 1, the first lens system 2, a segment of the beam transmitter 3, the first rotator A of the polarization plane. beam divider 5, having first 6, 7 second, third 8 and fourth 9 shoulders, respectively, cryostat 10, present 1 1, cooling with liquid helium, video amplifier 12, dual-beam storage oscilloscope 13, control oscilloscope 14, compensation unit 15, integrator .16, support unit 17, autocalibration unit 8, mechanical interrupter 19, power supply 20, optoacoustic receiver 21, second polarizer rotator 22, wave meter 23, second lens system 24. In a cryostat with windows 25 and 26 (FIG. 2) a solenoid 27 is placed, in the magnetic field of which there is a working A test made in the form of two conical dielectric lenses 28, which transform into dielectric waveguides 29, between: the ends of which sample 30 is installed, to increase the uniformity of the magnetic field, there is a textolite insert 31, cone dielectric lenses are clamped in the mandrels 32, and the ends of the dielectric the waveguides are inserted into the dielectric sleeve 33, on the surface of which coils 34-36 are wound, and channel 37 is made along the axis of the tapered dielectric lenses. The radio spectrometer operates as follows. The radiation generated by a radiation source, such as a return wave, passes through the first lens system 2, necessary to match the output of the radiation source with a segment of the beam transmitter 3, through the first rotator and the polarization plane hits the beam divider 5. A part of the radiation branches off and, after passing through the second arm 7 and the second rotator of the polarization plane 22, the wavemeter 23 arrives at the desired polarization. The reflected part of the energy goes to the optical acoustic receiver (OAP) 21, where it is converted into an electrical signal. At the time of adjustment of the wave meter to the generation frequency of the radiation source 2, the wave meter absorbs the maximum part of the microwave energy and, therefore, the signal taken from the RLF 21 is minimal. Part of the microwave energy passing through the beam divider 5 is interrupted by a mechanical chopper 19 and through the windows 25 and 26, the cryostat 10 (Fig. 2) is driven to the working cell with the test sample 30. The cone lenses 28 and the test sample between them pass through the radiation leaves the cryostat 10 and is directed to the receiver 11. An electrical signal with a modulation frequency appearing at the receiver under the action of microwave radiation is amplified by a video amplifier 12 and fed to the input of the control oscilloscope 14 and to the input of a two-beam storage oscilloscope 13. Pa the spectral band is carried out by the magnetic field of the solenoid 27 at a fixed frequency of the microwave source 1 of radiation. The frequency of the interruption of the microwave radiation by the mechanical chopper 19 should be slightly less than 1/2 T, where T is the duration of the magnetic field pulse, which is necessary to record the spectrum during the entire duration of the pulse field. To record the absorption spectrum of the sample under study 30, it is necessary to turn on the start of the auto-calibration unit 18 operating in a single-run mode), after which it generates three control pulses sequentially in phase with radiation modulation. The first two pulses correspond to the moments of opening and overlapping of the radiation beam by the sector of the mechanical chopper 19 and sequentially double-triggering the sweep of the two-beam storage oscilloscope 13, on the screen of which a signal level is recorded that corresponds to the intensity of the radiation incident on the receiver in the absence of a magnetic field on the sample 30, and two zero levels, i.e. the signal from the working cell (located in the cryostat 10) with the microwave beam overlapped and the field signal coming from the integrator 16, where the signal taken from the coil 35 is integrated. When the microwave beam is subsequently opened by the mechanical chopper 19, the autocalibration unit 18 locks the third the pulse to the power supply unit 20 and the capacitor battery is discharged through the coil of the solenoid 27. At the moment the capacitor battery starts to discharge, a pulse is sent from the power supply unit 20 to the delay unit 17 and after it to the dual-beam storage oscilloscope 13 for start its sweep in the third time. The absorption spectrum of the sample under study 30 and the signal of the field applied to the integrator 16 are recorded at the selected scale. The result of the recording on the screen of a two-beam storage oscilloscope 13 includes the following oscillograms: zero signal levels and a field, a signal corresponding to the microwave radiation intensity transmitted to the receiver in the absence of a floor on the sample 30 and the absorption spectrum of the sample 30 with a signal of the magnitude of the field. . Thus, the proposed radio spectrometer makes it possible to investigate the resonant absorption of solidification bodies in the wavelength range 0.3–6 mm in pulsed magnetic fields x 300 kOe without re-installing the sample and observe the change in the sample magnetization. The presence of auto-calibration significantly improves the accuracy of measurement of the parameters of the resonance lines (especially in the case of using wide-range oscillators, which, as a rule, have a highly rugged amplitude characteristic). A sample in a magnetic field of a pulsed solenoid can be mounted 16 in two mutually perpendicular directions with an accuracy of 0.5, and it is fixed without the use of glue, which improves the shape of the resonant absorption lines of the samples under study. The tip does not exceed the receiver noise level, which increases the sensitivity of the radio spectrometer. The invention includes a radio spectrometer, a radiation source, a wave meter, a working cell placed in a magnetic field of a solenoid and installed in a cryostat, the output of which is connected to a receiver cooled by liquid helium, characterized in that, in order to expand the frequency range and increase sensitivity, a beam divider is introduced , the contents in the first shoulder of the first rotator of the polarization plane are optically connected to the first lens system, in the second shoulder - the second rotator of the polarization plane, in the third shoulder - optical an acoustic receiver, and the fourth arm are optically connected to the second lens system, an autocalibration unit connected in series, a power supply unit, a delay unit and a two-beam storage oscilloscope, a mechanical interrupter, a serially connected video amplifier and a control oscilloscope, and a compensation unit and an integrator connected between the corresponding cryostat outputs and the first and second inputs of a two-beam storage oscilloscope, to the third input of which the output of the video amplifier is connected, and to the fourth the output of the autocalibration unit, the output of the receiver cooled by liquid helium is connected to the input of the video amplifier, the mechanical driver is connected between another output of the autocapture unit and the second lens system, the output of which is optically connected to the input of the working cell, another output of the power supply unit is connected to the cryostat input to the second the polarizer is connected to the polarizer of the plane of polarization, the radiation source is optically connected to the input of the first lens system, and the working cell is made in the form of two conical dielectric lenses, dielectric waveguides, with sample 83243 being installed between the ends of the dielectric waveguides. 2. A radio spectrometer according to claim 1, characterized in that a channel is made along the axis of the cone dielectric hgins. 5 18 Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Copyright Certificate No. 337707, cl. G About N 27/78, 1967 (prototype).

Claims

Claim

A radio spectrometer containing a radiation source, a wave meter, a working cell placed in a magnetic field of ⁵ le solenoid and installed in a cryostat, the output of which is connected to a receiver cooled by liquid helium, characterized in that, in order to expand the frequency range ²⁰ and increase the sensitivity, a beam divider containing in the first arm the first rotator of the plane of polarization optically connected to the first lens system, in the second arm - the second rotator of the plane of polarization, in the third arm — optical-acoustic receiver and the fourth arm is optically connected to the second lens system 30, serially connected autocalibration unit, power supply, delay unit and two-beam storage oscilloscope, mechanical chopper, 35 video amplifier and control oscilloscope connected in series, as well as compensation and integrator connected between the respective outputs of the cryostat and the first and second inputs of the two-beam storage oscilloscope, to the third input of which the output of the video amplifier is connected, and the output of the automatic calibration, the output of the receiver cooled by liquid helium is connected to the input of the video amplifier, a mechanical chopper is connected between the other output of the autocalibration unit and the second lens system, the output of which is optically connected to the input _{50 of the} working cell, the other output of the power supply is connected to the input of the cryostat, to the second rotator a wave meter is connected to the plane of polarization, the radiation source is optically connected to the input of the first lens system, and the working cell is made in the form of two conical dielectric lenses passing in the dielectric Kie waveguides, wherein the test sample is mounted between the dielectric waveguides Terzi.

2. Radio spectrometer according to π. 1, characterized in that a channel is made along the axis of the conical dielectric lenses.