Пристрій для реєстрації електронного парамагнітного резонансу у субміліметровому діапазоні довжин хвиль

1. Пристрій для реєстрації електронного парамагнітного резонансу у субміліметровому діапазоні довжин хвиль, що складається з встановленого в центрі надпровідного соленоїду півсферичного надвисокочастотного резонатора, одна з стінок якого являє собою плоске дзеркало, 3 36773 сполуках які не парамагнітні за звичайних умов. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для реєстрації електронного парамагнітного резонансу у субміліметровому діапазоні довжин хвиль, що складається з встановленого в центрі надпровідного соленоїду у низькотемпературному кріостаті напівсферичного надвисокочастотного резонатору, одна з стінок якого являє собою плоске дзеркало, в центрі якого розташовано досліджуваний зразок, елементу зв'язку з хвилеводним трактом, що виконано у вигляді отвору у протилежній стінці резонатору, що являє собою сферичне дзеркало, згідно з заявкою на корисну модель, до резонатору додатково підведено світловод, який коаксиально розміщений всередині додаткової трубки з нержавіючої сталі, при цьому верхній торець світловоду пов'язаний з оптичною системою, а нижній спрямований на досліджуваний зразок. Поставлена задача вирішується також тим, що світловод виконаний з кварцу діаметром 0,6÷0,9мм. Конструкція відкритого напівсферичного надвисокочастотного резонатору (так званого резонатору Фабрі-Перро) дозволяє підвести до досліджуваного зразка світловод. Оскільки обраний резонатор для дослідження ЕПР у субміліметровому діапазоні довжин хвиль не має бокової стінки, світловод вводиться в порожнину резонатора за допомогою додаткової трубки з нержавіючої сталі, яка допомагає спрямувати випромінювання на досліджуваний зразок та забезпечує механічну міцність та стійкість. На протилежному кінці світловоду, що знаходиться зовні резонатору, зовні магнітної системі спектрометру та зовні кріостату відповідною оптичною системою фокусується випромінювання потрібної довжини хвилі. Така конструкція не потребує виконання оптичних вікон в резонаторі та кріостаті, що знижують добротність резонатору та ускладнюють виготовлення кріостату. Використання світловоду для опромінювання досліджуваного зразка та введення його у порожнину резонатору, забезпечує можливість опромінювання досліджуваного зразка випромінюванням під час спостереження спектру, та надає змогу реалізувати методики фотоелектронного парамагнітного резонансу у субміліметровому діапазоні довжин хвиль. Запропонована конструкція також дозволяє оперативно змінювати досліджуваний зразок та обертати його у вертикальній площині відносно магнітного поля надпровідного соленоїда спектрометру ЕПР. Світловод може виготовлятися з кварцу, який пропускає випромінювання в інтервалі 2001000нм. Експериментально встановлено, що діаметр кварцового світловоду від 0,6 до 0,9мм дозволяє підвести достатню потужність випромінювання до досліджуваного зразка напівпровідникової сполуки для реєстрації спектру фотоелектронного парамагнітного резонансу. Частина світловоду, що знаходиться в порожнині резонатору, може бути оголена від запобіжного покриття для зменшення відстані між кварцовою жилою світловоду то плоским дзеркалом резона 4 тору. Наведена конструкція пристрою для реєстрації електронного парамагнітного резонансу має достатньо високу чутливість, проста у виготовленні, ремонтопридатна та надає змогу реалізувати методики фотоелектронного парамагнітного резонансу у субміліметровому діапазоні довжин хвиль при вимірюванні спектрів електронного парамагнітного резонансу зокрема у напівпровідниках. Корисна модель, що заявляється, ілюструється кресленнями, де на Фіг.1 показаний повздовжній розріз напівсферичного надвисокочастотного резонатора спектрометра електронного парамагнітного резонансу з введеним в нього світловодом і досліджуваним зразком, а Фіг.2 показує приклад введення світла у сві тловод від оптичної системи. На Фіг.1 приведено повздовжній розріз пристрою для реєстрації фотоелектронного парамагнітного резонансу, який містить квазіоптичний напівсферичний надвисокочастотний резонатор, вісь симетрії якого розташована горизонтально. Напівсферичний резонатор складається з сферичного дзеркала 1 та плоского дзеркала 2, що розташовані у надпровідному соленоїді 3 спектрометру електронного парамагнітного резонансу. Сферичне дзеркало 1 резонатору яке може бути виконано з міді має елемент зв'язку 4 з мікрохвильовим трактом 5 у вигляді вузької щілини. Плоске дзеркало 2 резонатору може бути виконано з тонкого скла, що покрите з внутрішнього боку шаром алюмінію завтовшки 10 мікрон. У центрі плоского дзеркала 2 розташований досліджуваний зразок 6. Плоске дзеркало 2 має вигляд кругу та розміщено у касеті 7, що може обертатися у вертикальній площині (привід для обертання плоского дзеркала не показано). До резонатору у вертикальному напрямку по вісі надпровідного соленоїду 3 підведено додаткову тонкостінну трубку 8. Тр убка 8 виконана з нержавіючої сталі для зменшення підведення тепла до резонатора, що розміщений у низькотемпературнім кріостаті. Всередині додаткової трубки 8 коаксіально розміщено кварцовий світловод 9. Світловод 9 знаходиться у відповідній запобіжній оболонці 10, що мінімізує втрати потужності випромінювання по довжині світловоду 9 і лише на тій частині його, що знаходиться у резонаторі, ця оболонка може бути знята для зменшення відстані між кварцовою жилою світловоду то плоским дзеркалом резонатору. Довжина оголеного світловоду 9 не перевищує 3мм для спектрометру електронного парамагнітного резонансу 2мм діапазону довжин хвиль. Обидва торці світловоду 9 мають бути оброблені з оптичною якістю задля зменшення втрат світла при вході та виході його з світловоду 9. Світло з нижнього торця світловоду 9 опромінює досліджуваний зразок 6 з відстані близько 4мм. Ця відстань перевищує радіус плями надвисокочастотного випромінювання на плоскому дзеркалі резонатору. Розмір досліджуваного зразка 6 має вдовольняти вимогам напівсферичного резонатору, та бути менше розміру світлової плями, утвореної світлом, що ви ходить зі світловоду 9. Верхній торець світловоду 9 пов'язаний з оптичною системою за допомогою двояко опуклої лінзи 5 36773 11 (Фіг.2). Стрілкою 12 зображено напрямок оптичного випромінювання та його розходження, а стрілкою 13 (Фіг.1) - напрямок магнітного поля надпровідного соленоїда 3 спектрометру. Пристрій для реєстрації електронного парамагнітного резонансу працює наступним чином. Для спостереження спектрів фотоелектронного парамагнітного резонансу пристрій, що заявляється, приєднується до циркулятора хвилеводного тракту спектрометра електронного парамагнітного резонансу діапазону довжин хвиль. Для реалізації умов резонансного поглинання резонатор встановлюють в магнітне поле надпровідного соленоїду 3 спектрометру, що розташований у низькотемпературному кріостаті. В центрі плоского дзеркала 2 резонатора розташовується досліджуваний зразок 6 відповідного розміру. На верхньому торці світловоду 9 відповідною оптичною системою за допомогою двояко опуклої короткофокусної лінзи 11 (Фіг.2) фокусують світлове випромінювання 12. Спектр електронного парамагнітного магнітного резонансу може бути спостережений як до опромінення, так і під час опромінювання досліджуваного зразка 6. 6 Приклад конкретного виконання: Запропонований пристрій для дослідження електронного парамагнітного резонансу у 2мм діапазоні довжин хвиль з можливістю опромінювання дослідного зразка має наступні параметри: 1. Робоча мода резонатору - ТЕМ014; 2. Робоча частота - 140ГТц; 3. Добротність резонатору - біля 4000; 4. Навантажена добротність резонатору - біля 2000 (при наявності світловоду та зразка); 5. Діаметр кварцового світловоду - 0,6-0,9мм; 6. Відстань від торця світловоду до зразка – 34мм; 7. Довжина світловоду - 1,4м; 8. Розмір досліджуваного зразка - за вимогами резонатору (близько до 0,4х0,6х0,6мм); 9. Діапазон можливого випромінювання - 2001000нм. Запропонований пристрій дозволяє вимірювати методами магнітного резонансу субміліметрового діапазону довжин хвиль параметри дефектів та домішок, зокрема у напівпровідникових матеріалах, що за звичайних умов, тобто у темряві, знаходяться у непарамагнітному стані. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 36773 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601