Mikro dalga kılavuz, kavite ve rezonatör dizaynı

Abstract

Bu tezde, süper yüksek frekanslı elektron spin rezonans (ESR) spektroskopı tekniğini geliştirmek için bir açık resonatör (OR) tasarlanmış ve yapılmıştır. Kapalı- (cavite) rezonatör (CR) ve OR hakkında da genel bilgi verilmiştir. Ayrıca, OR'ün ESR deneyi için gerekli olan elektrodinamik özellikleri incelenmiştir. OR ve CR arasındaki karşılaştırma da ayrıntılı olarak yapılmıştır. Son olarak, 30-37 GHz frekans bandı (Qband) için, OR'ün üstünlüğünü göstermek amacıyla Cobalt tabakalı numuneler ve ruby üzerinde magnetorezonans deneyleri yapılmıştır. Tasarlanan OR'ün yapısal özelliğinden dolayı bulunan, 300K-5K sıcaklığı bölgesinde milimetre dalga bandında elektromagnetik enerjinin numune ile etkin etkileşimi gözlemlenmiştir. Bu tasarımda, orijinal X bandı için tasarlanan dönüşümlü Oxford ESR 910 modülü kullanılabilmektedir. Bu ESR 910, 1 cm çapındaki kroyostat ile Helyum tüpü her iki K ve Q bandı için kullanılan OR'ün içindeki aynaların arasına konuşmuştur. Böylece, OR ortamın sıcaklığında iken, kroyostat içindeki numune soğutulabilmektedir ve OR'ün elektrodinamik parametreleri numunenin ölçülen sıcaklığından bağımsızdır. Böylece; kroyostat, OR'ün sıcaklığını değiştirmeden soğutabilmektedir. Numuneler düşük modülasyon alanına kolayca götürülebilir. Böylece, geliştirilen OR, ESR spektrometresi için çok kullanışlı bir alet olduğu anlaşılmaktadır.In this thesis, an open resonator (OR) has been designed and manufactured for the development of super high frequency electron spin resonance (ESR) spectroscopy technique. A general information has been given about OR and closed (cavity) resonator (CR). Also, electrodynamical properties of OR was investigated which they were required for ESR experiment. The detailed comparison between CR and OR has been made as well. Finally, magnetoresonance experiments on ruby and Cobalt layers specimens have been performed to show virtues of OR cell for 30-37 GHz frequency band (Q band). Features of the designed OR structure fulfill an effective interaction of electromagnetic energy of millimeter wave band with the specimen in the temperature range 300K-5K. In this.design, a conversional Oxford ESR 910 module, that was originally designed for X band cavity, can be used as well. The Helium tube with 1cm in a diameter of ESR 910 cryostat is inserted between two mirrors of OR for both Q and K band as well. Thus, the specimen in the cryostat can be cooled while the OR is kept at ambient temperature, maintaining it's electrodynamic parameters independent from the specimen measurement temperature. Therefore, the cryostat can be cooled without cooling the OR. The low frequency modulation field could be easily delivered to the specimens as well. Therefore, the developed OR becomes very useful device for the ESR spectrometer.