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第一章 电子自旋共振的基本原理 1

1.1 引言 1

1.2 磁场和磁矩 2

1.2.1 电子轨道磁矩 3

1.2.2 电子自旋磁矩 4

1.3 电子自旋共振的条件 6

1.3.1 磁共振的经典描述 6

1.3.2 从量子力学的观点来描述磁共振条件 11

1.4 自旋弛豫 15

1.4.1 自旋-晶格弛豫 17

1.4.2 自旋-自旋弛豫 20

1.5 ESR线型 22

1.5.1 线型 23

1.5.2 线宽 26

1.5.3 累积强度 29

1.6 g因子 30

1.7 核超精细相互作用 33

1.7.1 含有一个质子的超精细结构 37

1.7.2 一个以上等性质子的超精细结构 42

1.8 三重态 46

1.9 电子自旋共振的应用 49

参考文献 51

第二章 顺磁物质的宏观特性及其检测 52

2.1 顺磁物质的磁化率 52

2.1.1 静态磁化率 52

2.1.2 动态磁化率 54

2.2 布洛赫方程和洛伦兹线型 55

2.3 磁共振的实验检测 62

2.4 波导元件 68

2.4.1 可变衰减器 68

2.4.3 双T接头 69

2.4.2 匹配负载 69

2.4.4 定向耦合器 73

2.4.5 微波铁氧体器件——隔离器和环行器 74

2.4.6 相移器 78

2.4.7 螺钉调配器 79

2.4.8 波导检波器接头 80

2.5 高频小幅度调场ESR波谱仪 81

2.5.1 微波系统 82

2.5.2 磁铁系统 83

2.5.3 场调制和检测系统 84

2.5.4 谐振腔 87

2.6 超外差式ESR波谱仪 89

参考文献 92

第三章 ESR波谱仪中的微波系统 94

3.1 微波电路的设计依据 94

3.2 反射速调管 99

3.2.1 反射速调管的工作原理 99

3.2.2 反射极调制 102

3.2.3 速调管的输出功率与负载的关系 103

3.3 速调管频率稳定器 105

3.3.1 中频Pound稳频器 106

3.3.2 传输式频率自动控制（AFC）电路 108

3.3.3 反射极调制稳频器 109

3.4 固体微波源 111

3.4.1 耿氏二极管振荡器 111

3.4.2 碰撞雪崩渡越时间二极管振荡器 119

3.4.3 速调管与固体微波源的比较 124

3.5 固体微波边际振荡器 126

参考文献 128

第四章 ESR谐振腔 130

4.1 微波谐振腔 130

4.2 矩形谐振腔 131

4.2.1 矩形谐振腔的场结构 131

4.2.2 矩形谐振腔的设计 134

4.3 圆柱形谐振腔 135

4.3.1 圆柱形谐振腔的应用场合 135

4.3.2 圆柱形谐振腔的设计 137

4.4 谐振腔的耦合 140

4.5 辐射品质因数 144

4.5.1 波导与谐振腔间的耦合参数 144

4.5.2 耦合方式 147

4.6 填充因子 147

4.7 影响腔体谐振频率的因素 151

4.8.1 高温谐振腔 153

4.8 高温和低温谐振腔 153

4.8.2 低温谐振腔 155

4.9 高压谐振腔 156

4.10 受光辐照的谐振腔 157

4.11 双模谐振腔 159

4.12 双样品谐振腔 161

4.12.1 两调制频率不同的双样品腔 161

4.12.2 两调制频率相同的双样品腔 162

4.12.3 装有补偿线圈的双样品腔 164

参考文献 166

5.1.1 选择磁场的依据 168

5.1 对磁场的要求 168

第五章 磁铁系统 168

5.1.2 磁场的技术指标 170

5.1.3 对磁铁的要求 172

5.2 稳定的磁铁电源 174

5.2.1 稳定的方法 174

5.2.2 电流稳定度 176

5.2.3 磁场的稳定度 176

5.3 磁强计 177

5.3.1 核磁共振（NMR）磁强计 177

5.3.2 自动跟踪NMR高斯计 180

5.3.3 霍耳效应磁强计 181

5.4 磁场的扫描 182

5.5 源调制 184

5.6 磁场调制 185

5.6.1 磁场调制信号的波形 186

5.6.2 调制幅度对共振线的影响 187

5.6.3 调制频率对共振线的影响 189

5.6.4 磁场调制方法 191

参考文献 193

6.1 晶体检波器 195

第六章 ESR信号的接收 195

6.2 放大器 202

6.3 相敏检波器 203

6.3.1 信号的相关接收 203

6.3.2 相敏检波电路 206

6.3.3 相敏检波输出微商信号的获得 207

6.4 ESR信号的显示 208

6.4.1 示波器显示 208

6.4.2 记录器显示和响应时间 208

参考文献 212

6.5 积分器 212

第七章 ESR波谱仪的灵敏度 213

7.1 改善波谱仪灵敏度的方法 213

7.1.1 加强信号强度的方法 213

7.1.2 抑制噪声源的方法 216

7.1.3 从噪声中提取信号的方法 217

7.2 谐振腔最佳耦合的条件 218

7.3 噪声的来源 223

7.4 信噪比 226

7.4.1 噪声系数 226

7.4.2 未计及检波器的噪声时可检测的最小磁化率 228

7.4.3 检波器和放大器存在噪声时的最高灵敏度 229

7.4.4 晶体检波噪声和预放器的噪声对灵敏度的影响 230

7.5 可检测的最小自旋数 232

7.6 ESR信号的振幅与温度的关系 235

7.7 用电子计算机作ESR数据处理 237

7.7.1 带通滤波的局限性 237

7.7.2 电子计算机在磁共振实验中的应用 238

7.7.3 平均瞬态计算机（CAT） 239

7.7.4 利用微处理机采集ESR数据 240

7.7.5 ESR信号的三维图像 244

7.8 用计算机提高分辨率 246

参考文献 248

第八章 弛豫时间及其测量 250

8.1 弛豫过程 250

8.1.1 自旋-晶格的相互作用 250

8.1.2 交叉弛豫 254

8.1.3 自旋-自旋相互作用 256

8.2 饱和法测定弛豫时间 257

8.3 用饱和恢复法测定弛豫时间 263

8.4 用反转恢复法测定弛豫时间 270

8.5 脉冲法与电子自旋回波法 274

8.5.1 双脉冲形成回波的方法 275

8.5.3 用180°—90°脉冲序列测量纵向弛豫时间T1 278

8.5.2 自旋回波法测量横向弛豫时间T2 278

8.5.4 自旋回波波谱仪 279

8.6 纵向检测电子自旋共振 280

参考文献 282

第九章 多重电子自旋共振技术 284

9.1 电子-核双共振 284

9.1.1 ENDOR的基本原理 285

9.1.2 稳态ENDOR的弛豫过程 289

9.1.3 ENDOR的分辨率 294

9.1.4 ENDOR波谱仪 295

9.2 电子-电子双共振 298

9.1.5 ENDOR谐振腔 298

9.2.1 ELDOR的基本原理 299

9.2.2 ELDOR波谱仪 300

9.2.3 ELDOR谐振腔 302

9.3 光检测磁共振和光微扰-电子顺磁共振 303

9.3.1 光激发形成顺磁体系的过程 303

9.3.2 用荧光监视激发态的ESR信号 306

9.3.3 其他ODMR波谱仪的结构实例 309

9.3.4 光微扰-电子顺磁共振 311

9.4 电子-核-核三重共振 312

参考文献 314