新型X波段多功能EPR谱仪的设计与性能

本文设计和研制了一款新型X波段多功能电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance,EPR）谱仪,并为其开发一款新的控制和读出系统（control and readout system,CRS）来操控微波脉冲的产生和信号的采集,提高了系统的集成度和可扩展性. 该谱仪可实现常规的连续波EPR（continuous-wave EPR,cw-EPR）、脉冲EPR（pulsed EPR）和瞬态EPR（transient EPR,trEPR）实验,并装配了6~300 K的无液氦变温装置,以及兼具平行模式与垂直模式的新型双模连续波谐振腔和用于脉冲EPR及trEPR的介质腔. 针对新型EPR谱仪和新谐振腔,本文利用双模连续波、脉冲和瞬态三个不同方式的EPR实验,对其功能进行了验证.     

一种EPR谱图模拟软件的研制

采用Microsoft Visual BASIC 4.0 for Windows 95编写了一个EPR谱图模拟软件.此软件采用鼠标控制命令按键进行程序过程.得到的图象分辨率和色彩优于用其他早期开发的BASIC语言编写的程序,打印的黑白图象质量也很好.运算时间小于20秒.这种软件可用于多种EPR模拟应用,包括自由基EPR谱图的模拟、过渡金属离子E PR谱图的模拟和二维EPR成像的模拟.EPR成像可以彩色强度图、等高线图或三维俯视图来表示.所有的模拟图象均可用激光打印机打印成黑白图片.自由基模拟程序的数据组有2560点.EPR成像的像素一般为128×128点.     

DNP-EPR多功能谱仪中微波桥的设计与实现

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）分子影像装置的基础上,提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance,EPR）于一体的多功能谱仪,并对其中的关键部件之一--微波桥进行了设计.微波桥的引入,实现了DNP微波发射机的集成化,以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试,完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.     

采用曲线拟合方法进行EPR波谱基线校正

提供了一种以曲线拟合方式进行的EPR波谱基线校正的简单方法.程序置于486微机上,采用C⁺⁺语言编写,在Windws环境下运行.使用菜单、模块化方式.操作简单,快捷.在联机进行数据采集时尤为方便.本程序对需要进行基线校正的谱线,只需使用鼠标器在实验谱上选择一定的数据点,通过程序运算,比较,验算即可得到较好的基线校正.     

在体EPR专用磁场装置性能的改进

为测试在体EPR牙齿辐射剂量测量专用磁场装置,开展了初步性能试验. 针对扫描磁场非线性造成谱线的畸变情况,对在体EPR专用磁场装置性能进行了改进,给出了一种校正扫描磁场非线性的实现方法,通过对扫描磁场驱动电流进行反向刻度校正,可有效改善EPR谱线的畸变情况. 初步试验进一步证明了水平磁场在体测量方案的可行性,磁场装置性能的改进为实现X波段EPR辐射剂量在体测量向实际应用奠定基础.     

固态信号源电子顺磁共振实验

一、引富电子顺磁共振(EPR)也称电子自旋共振(EPR)是研究顺磁性物质的一个重要近代物理实验技术,广泛地应用于物理、化学、生物、医学和生命科学等许多领域。目前适合于物理等专业学生做微波波段EPR实验波谱仪,最常见的是调频调场式EPR波谱仪;对于自动稳频的低频调场式和高频     

1.2MV重复频率脉冲电源的测试诊断系统

为了更好分析系统的放电特性和工作状态,优化脉冲功率源系统的设计,研制了一套1.2MV重复频率高功率微波驱动电源测试诊断系统。通过研究高电压、大电流测试技术和数据采集、信号处理、故障诊断技术,同时运用虚拟仪器和电磁兼容等技术,探索开发了一套重复频率脉冲电压电流测试诊断系统。结合系统的研制需求,通过分析各种数据采集设备的优缺点,硬件选用了凌华公司的PXI数据采集系统,软件采用LabVIEW,设计开发了重复频率快信号的采集诊断程序,研制出实时诊断系统,并在1.2MV重复频率脉冲电源系统中应用,实现了对重复频率电源关键点电压电流的测试以及数据的诊断、处理和远程在线监测,出现故障时报警、存储数据并自动断电等功能。     

EPR纠缠光束时域量子关联的实验验证

我们利用平衡零拍探测系统和数据采集系统直接测量了EPR纠缠光束信号光场与闲置光场正交分量之间的时域量子起伏,验证了其量子关联.通过对EPR纠缠光束中的一束光场进行延迟,验证了信号光与闲置光不同步时将导致量子关联减弱乃至消失.我们的实验结果为开展连续变量量子密钥分发、非高斯态的实验制备和纠缠纯化奠定了实验基础.     

三角对称晶场中4A2(3d3)态离子EPR参量的SS和SOO机制

考虑了在以前工作中被忽略的自旋与自旋 (Spin spin(SS) )磁相互作用以及一个电子自旋与另外电子轨道 (Spin other orbit (SOO) )之间的磁相互作用 ,用VisualBasic6.0设计了新的CDM/EPR计算程序 .该程序不仅能计算 4 A2 (3d3)态离子在晶体中的EPR参量 ,而且能计算体系的光谱精细结构 .利用该程序研究了红宝石晶体与绿宝石晶体的EPR参量与光谱精细结构 ,理论与实验符合甚好 .在此基础上 ,研究了SS与SOO磁相互作用对EPR参量及其光谱的贡献 .发现在磁相互作用的三个部分中 ,EPR参量的主要来源是旋 轨 (Spin orbit (SO) )耦合相互作用 ;SS磁相互作用对零场分裂 (Zero fieldsplitting(ZFS) )参量D具有重要贡献 ,在研究中不能被忽略 ,而SOO磁相互作用对ZFS参量D的贡献较小 ;SS与SOO磁相互作用对Zeemang因子以及光谱的贡献甚微     

DSP(数字信号处理)在高频信号检测中的应用开发

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.为了解决高频信号频谱检测系统数据采集慢、体积庞大的问题,开发了基于DSP芯片的数据采集及处理系统.研究了系统硬件的搭建和相关程序的开发.用其检测98 GHz高频信号,并与HP34401数字万用表采集的结果进行了比较.使得系统更加小型化、集成化、硬件结构简单.     

HL-2Aװ��ʵ������X���ײ������·���

介绍了一种软X射线多道能谱测量的新方法,该方法用软件实现实时采集、数据处理并通过软X射线能谱计算及时显示电子温度。和传统的脉高分析器(PHA)相比,道数和时间分辨率可用软件设定。新方法采用一台配有高速A/D采集卡的个人计算机获取原始的模拟信号,开发了专用的处理软件用来处理电子温度。新方法已经应用于HL-2A装置实验,与其它方法测到的电子温度具有较好的一致性。     

Digital detection and processing of multiple quadrature harmonics for EPR spectroscopy

A quadrature digital receiver and associated signal estimation procedure are reported for L-band electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The approach provides simultaneous acquisition and joint processing of multiple harmonics in both in-phase and out-of-phase channels. The digital receiver, based on a high-speed dual-channel analog-to-digital converter, allows direct digital down-conversion with heterodyne processing using digital capture of the microwave reference signal. Thus, the receiver avoids noise and nonlinearity associated with analog mixers. Also, the architecture allows for low-Q anti-alias filtering and does not require the sampling frequency to be time-locked to the microwave reference. A noise model applicable for arbitrary contributions of oscillator phase noise is presented, and a corresponding maximum-likelihood estimator of unknown parameters is also reported. The signal processing is applicable for Lorentzian lineshape under nonsaturating conditions. The estimation is carried out using a convergent iterative algorithm capable of jointly processing the in-phase and out-of-phase data in the presence of phase noise and unknown microwave phase. Cramér-Rao bound analysis and simulation results demonstrate a significant reduction in linewidth estimation error using quadrature detection, for both low and high values of phase noise. EPR spectroscopic data are also reported for illustration.     

252Cf源驱动功率谱密度法测量系统

介绍了252Cf源驱动功率谱密度法测量原理,采用硬件和软件相结合的方式构建实现了一种实际的测量系统和研究平台,以服务于反应堆核参数测量。描述了基于3通道、1 GHz采样率和1 ns同步精度的超高速数据采集卡的中子脉冲序列检测方法,并设计了PC机端的数据处理流程和功率谱密度分析算法。实际测量结果表明,该252Cf源驱动功率谱密度法测量系统能准确高效地得到核随机过程的相关函数和功率谱密度等重要标签参数。     

A Dynamic Nuclear Polarization spectrometer at 95 GHz/144 MHz with EPR and NMR excitation and detection capabilities

A spectrometer specifically designed for systematic studies of the spin dynamics underlying Dynamic Nuclear Polarization (DNP) in solids at low temperatures is described. The spectrometer functions as a fully operational NMR spectrometer (144 MHz) and pulse EPR spectrometer (95 GHz) with a microwave (MW) power of up to 300 mW at the sample position, generating a MW B(1) field as high as 800 KHz. The combined NMR/EPR probe comprises of an open-structure horn-reflector configuration that functions as a low Q EPR cavity and an RF coil that can accommodate a 30-50 μl sample tube. The performance of the spectrometer is demonstrated through some basic pulsed EPR experiments, such as echo-detected EPR, saturation recovery and nutation measurements, that enable quantification of the actual intensity of MW irradiation at the position of the sample. In addition, DNP enhanced NMR signals of samples containing TEMPO and trityl are followed as a function of the MW frequency. Buildup curves of the nuclear polarization are recorded as a function of the microwave irradiation time period at different temperatures and for different MW powers.     

基于LabVIEW的He-Ne激光器综合实验系统

基于LabVIEW软件和数据采集卡设计了激光器综合实验系统,可实现对激光器谐振腔长调谐的自动、远程、精密的控制,并具有对输出光强信号进行实时显示、存储、读取和处理的功能,同时将频率分裂、模竞争和光强调谐实验相结合.     

Multisite EPR oximetry from multiple quadrature harmonics

Multisite continuous wave (CW) electron paramagnetic resonance (EPR) oximetry using multiple quadrature field modulation harmonics is presented. First, a recently developed digital receiver is used to extract multiple harmonics of field modulated projection data. Second, a forward model is presented that relates the projection data to unknown parameters, including linewidth at each site. Third, a maximum likelihood estimator of unknown parameters is reported using an iterative algorithm capable of jointly processing multiple quadrature harmonics. The data modeling and processing are applicable for parametric lineshapes under nonsaturating conditions. Joint processing of multiple harmonics leads to 2-3-fold acceleration of EPR data acquisition. For demonstration in two spatial dimensions, both simulations and phantom studies on an L-band system are reported.     

ESR数据系统的研制

报道了电子自旋磁共振谱仪与IBM PC微型机联用,建立了所需要的硬件系统,包括接口和放大器,研制了分辨率为12位的AD/DA转换器,达到同步采样控制,并实现了X-Y记录仪,示波器,绘图仪与打印机的输出,同时系统软件配有信号采样、信号累加、信号平滑、谱线加减、测量g因子及A值,ESR谱的一、二次积分等一系列数据处理程序,还具有谱线模拟、线形分析等一些应用软件,对于谱的定量和解析极为方便,大大提高了谱仪的功能.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅳ)--系统组成与各部分性能指标

报道了自行研制的L波段三维电子自旋共振成像（3D-ESRI）系统的整机结构及各部分性能指标. 该系统主要由L波段ESR谱仪、三维梯度磁场装置、数据处理及图像重建软件组成. 系统的微波频率为1.05 GHz;最大微波功率500 mW. 采用3-环2-缝再进入式谐振腔,无载Q值>1 000;最大测量体积为φ 20 mm, 高30 mm柱状水溶液样品. 接收系统采用100 kHz锁相放大电路,最大增益可达1×10⁶;时间常数0.02 ms～1 s;磁场调制幅度>0.5 mT. 最大梯度磁场2 mT/cm;三维梯度线性度均优于5 ％;稳定度可达10^-5;主磁场可在1.6～96 mT范围内任意点选择扫场起始点;在0.2～16 mT范围选择磁场扫描宽度. 数据系统为12位A/D实现数据采集,三路8位D/A控制梯度磁场. 采用滤波反投影法实现图像重建, 成像功能包括：二维、三维自旋浓度成像;等浓度线2D图像显示;3D立体和断层图像显示等. 对水溶液和固体模型样品进行ESR成像的结果表明：本系统可以开展较大体积生物样品的ESRI研究.     

多功能扫描质子核探针信号探测和数据获取系统

为了在一次扫描质子核探针实验中能获取多种物理信息,研制了多功能信号探测与数据获取系统。系统由组合探测器、多站多参量数据采集与束流扫描、样品台控制与显微观测三个子系统组成。组合探测器包括了Si(Li)X射线探测器,高纯Geγ射线探测器,以及Au(Si)面垒带电粒子探测器,可完成多种物理参数的同时获取。系统的核心数据采集与束流扫描系统基于NI公司的PXI-7852R数据采集卡和LabVIEW软件平台,具备了多个物理信号采集、多能谱显示以及束流扫描和二维成像等功能。六轴高精度真空样品台由计算机控制,可实现显微图像对样品的定位及对扫描区域的可视化选择。初步实验验证了该系统的可靠性与稳定性。