一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，測量系統主要由光纖激光器、光纖組件、光纖、真空密封接頭、O型圈、螺母、待測樣品、磁輸運樣品室、光譜儀和測試分析計算機等組成。該測量系統的主要特征在于利用光纖組件在深低溫、強磁場環境中對樣品進行光致發光測試，實現了光致發光測試與深低溫、強磁場輸運測量的結合。
【專利說明】
一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種光致發光的測量系統，創造性的通過光纖將光致發光測量引入于極低溫、強磁場下，為測量材料的結構、成分、環境原子排列的信息以及半導體材料的少數載流子壽命等提供了新手段，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
【背景技術】
[0002]在半導體材料與器件相關的測試手段中，磁輸運是一種重要而基礎的研究手段，用以研究材料的載流子濃度，類型和迀移率等基本信息。而在深低溫的條件下，眾多量子效應呈現出來，作為對經典電導的修正，電導的量子效應反映出材料的自旋特性等物理信息，這些特性可能在新一代的物理器件一一自旋電子學器件中得到應用，因此具有重要的研究價值。對電導的量子效應進行研究已經成為一門新的學科，研究的現象包括磁阻振蕩、量子霍爾效應、弱局域與反弱局域效應、量子隧穿等。
[0003]目前這些研究大部分采用傳統的電學測試方法，因此受到諸如材料襯底電導、三維方向上的載流子、樣品腐蝕不易和可能破壞樣品、以及樣品電極制備不易等制約。光致發光是指物質在光的激勵下，電子從價帶躍迀至導帶并在價帶留下空穴；電子和空穴在各自在導帶和價帶中通過弛豫達到各自未被占據的最低激發態(在本征半導體中即導帶底和價帶頂)，成為準平衡態;準平衡態下的電子和空穴再通過復合發光，形成不同波長光的強度或能量分布的光譜圖。在激發光能量不是非常大的情況下，光致發光測試是一種無損的測試方法，可以快速、便捷地表征半導體材料的缺陷、雜質以及材料的發光性能。光致發光可以提供有關材料的結構、成分及環境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。激光的應用更使這類分析方法深入到微區、選擇激發及瞬態過程的領域，使它又進一步成為重要的研究手段，應用到物理學、材料科學、化學及分子生物學等領域。本發明充分利用目前光纖材料的發展優勢，將光致發光測量引入到深低溫、高磁場的測量環境中，為研究材料在不同溫度下和磁場下的性能提供了一種新的研究方法和手段，是研究材料電學、光學性能和構造相干器件的有力工具。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基于光纖的光致發光測量方法，并將其引入到了深低溫、強磁場的測量環境中，為測量材料的結構、成分、環境原子排列的信息以及半導體材料的少數載流子壽命等提供了新手段，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]測試系統包括光纖激光器101、光纖組件A102、光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、待測樣品107、光纖II108、磁輸運樣品室109、光纖組件B110、光譜儀111和測試分析計算機112，基本結構見附圖1。真空密封接頭104、0型圈105和螺母106具體結構及其與光纖1103、光纖II108和磁輸運樣品室109的連接見附圖2。
[0007]所述的光纖組件A102兩端通過光纖接頭分別與光纖激光器101和光纖1103連接；所述的光纖1103左端通過光纖接頭與光纖組件A102連接，右端穿過真空密封接頭104進入磁輸運樣品室109后對準待測樣品107;所述的光纖II108左端通過光纖接頭與光纖組件BI 10連接，右端穿過真空當封接頭104進入磁輸運樣品室109后對準待測樣品107 ；真空當封接頭104為圓形，內有剝去外皮僅留中心石英部分的光纖1103和光纖II108穿過，當中采用密封膠固定和密封;真空密封接頭104穿過磁輸運樣品室109，一部分位于磁輸運樣品室109外并有溝槽，O型圈105套進真空密封接頭104內并處于真空密封接頭104溝槽里，O型圈105露出溝槽的部分貼于磁輸運樣品室109外壁，真空密封接頭104處于磁輸運樣品室109之內的部分上有螺紋，螺母106擰進螺紋并貼緊磁輸運樣品室109外壁，起固定和真空密封作用；待測樣品107平放于磁輸運樣品室109底端超導線圈內；調整待測樣品107位置以及光纖1103、光纖II108下端對準待測樣品107的角度，使得光纖1103發出的激光入射到待測樣品107上，所激發的光致發光被光纖II108所接收;光纖組件BllO兩端通過光纖接頭分別與光譜儀111和光纖II108連接;光譜儀111連接到測試分析計算機112，從而記錄、分析得到的光譜信息。
[0008]所述的光纖激光器101所激發的激光波長短于待測樣品107的被激發光的波長。
[0009]所述的光纖組件A(102)、光纖1(103)、光纖11(108)和光纖組件B(IlO)芯徑和傳輸光效率滿足信號傳輸需要和測量要求，光纖芯徑不小于I微米，傳輸光效率高于百分之五十。
[0010]所述的光纖1(103)下端為平端面，以便于發射平行激光。
[0011]所述的光纖11(108)下端為半球面，以便于收集光致發光信號。
[0012]所述的光譜儀(111)所測光波長范圍滿足光致發光包括光致發光信號波長范圍；光譜儀(111)之內放置與光纖激光器(101)所激發的激光波長相對應的濾波片以去除激發激光對測量的影響。
[0013]本發明的優點在于:利用光纖將光致發光導入到深低溫、強磁場的測量條件下，為表征材料的各種特性尤其是深低溫、強磁場下材料的結構、成分、環境原子排列的信息以及半導體材料的少數載流子壽命等提供了新手段，采用無接觸、不破壞的方法進行測量，方法簡單方便，可對樣品直接進行測量，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
【附圖說明】
[0014]圖1:一種用于測量深低溫、強磁場下樣品光致發光的系統示意圖。圖中各部分為:光纖激光器101、光纖組件A102、光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、待測樣品107、光纖II108、磁輸運樣品室109、光纖組件BI 1、光譜儀111和測試分析計算機112。
[0015]圖2是真空密封接頭結構圖，其中:(a)真空密封接頭104俯視圖，(b)真空密封接頭104側面剖面圖。圖中各部分為:光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、光纖II108和磁輸運樣品室109。
【具體實施方式】
[0016]下面根據
【發明內容】
和【附圖說明】給出本發明的一個較好的實例，結合實例進一步說明本發明技術細節、結構特征和功能特點。但此實例并不限制本發明范圍，合乎
【發明內容】
和【附圖說明】中描述的實例均應包含在本發明范圍內。
[0017]光纖激光器101采用532nm光纖激光器，型號LSR532H-600。
[0018]光纖組件A102和光纖組件BllO采用石英光纖，產品型號UV600-1*2。光纖1103和光纖II108采用石英光纖，芯徑I毫米，位于磁輸運樣品室109外的部分外層有3毫米護套，位于真空密封接頭104內和磁輸運樣品室109內部分剝去護套。
[0019]真空密封接頭104采用不銹鋼打造，為圓形中空結構，設計有溝槽和螺紋，配合O型圈105和螺母106以及密封膠使用，達到真空密封的目的。具體見圖2。
[0020]磁輸運樣品室109結合已有的深低溫、磁輸運系統，為一套牛津無液氦循環超導磁體系統的一部分。
[0021]光譜儀110采用光纖光譜儀，型號PC4000，波長范圍400?11 OOnm，分辨率約0.5nm。
[0022]在用光纖測量光致發光方法中，光纖激光器101發出激光，經過光纖組件A102和光纖1103由光纖1103的下端平端面發射照到待測樣品107上，產生光致發光信號由光纖II108下端半球面接收，經過光纖II108和光纖組件BI 10傳入到光譜儀111，由其測出其光譜信號，并通過測試分析計算機112記錄儲存。在不同溫度、不同磁場下可得到待測樣品107的光致發光光譜的變化關系。
【主權項】
1.一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光光譜的系統，包括:光纖激光器(101)、光纖組件A( 102)、光纖I (103)、真空密封接頭(104)、0型圈(105)、螺母(106)、待測樣品(107)、光纖11(108)、磁輸運樣品室(109)、光纖組件B(IlO)、光譜儀(111)和測試分析計算機(112)，其特征在于: 所述的光纖組件A(102)兩端通過光纖接頭分別與光纖激光器(101)和光纖1(103)連接;所述的光纖1(103)左端通過光纖接頭與光纖組件A(102)連接，右端穿過真空密封接頭(104)進入磁輸運樣品室(109)后對準待測樣品(107);所述的光纖11(108)左端通過光纖接頭與光纖組件B(IlO)連接，右端穿過真空密封接頭(104)進入磁輸運樣品室(109)后對準待測樣品(107);真空密封接頭(104)為圓形，內有剝去外皮僅留中心石英部分的光纖1(103)和光纖II (108)穿過，當中采用密封膠固定和密封;真空密封接頭(104)穿過磁輸運樣品室(109)，一部分位于磁輸運樣品室(109)外并有溝槽，O型圈(105)套進真空密封接頭(104)內并處于真空密封接頭(104)溝槽里，O型圈(105)露出溝槽的部分貼于磁輸運樣品室(109)夕卜壁，真空密封接頭(104)處于磁輸運樣品室(109)之內的部分上有螺紋，螺母(106)擰進螺紋并貼緊磁輸運樣品室(109)外壁，起固定和真空密封作用;待測樣品(107)平放于磁輸運樣品室(109)底端超導線圈內；調整待測樣品(107)位置以及光纖1(103)、光纖11(108)下端對準待測樣品(107)的角度，使得光纖1(103)發出的激光入射到待測樣品(107)上，所激發的光致發光被光纖11(108)所接收;光纖組件B(IlO)兩端通過光纖接頭分別與光譜儀(111)和光纖11(108)連接;光譜儀(111)連接到測試分析計算機(112)，從而記錄、分析得到的光譜?目息O2.根據權利要求1所述的一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，其特征在于:所述的光纖激光器(101)所激發的激光波長短于待測樣品(107)的被激發光的波長。3.根據權利要求1所述的一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，其特征在于:光纖組件A (102)、光纖1(103)、光纖11(108)和光纖組件B (I 1)芯徑不小于I微米，傳輸光效率高于百分之五十。4.根據權利要求1所述的一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，其特征在于:所述的光纖I (103)下端為便于發射平行激光的平端面。5.根據權利要求1所述的一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，其特征在于:所述的光纖II (108)下端為便于收集光致發光信號的半球面。6.根據權利要求1所述的一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發光的系統，其特征在于:光譜儀(111)所測光波長范圍滿足光致發光包括光致發光信號波長范圍；光譜儀(111)之內放置有與光纖激光器(101)所激發的激光波長相對應的濾波片以去除激發激光對測量的影響。
【文檔編號】G01N21/63GK105911029SQ201610406776
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】呂蒙, 俞國林, 林鐵, 褚君浩
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所