一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，测量系统主要由光纤激光器、光纤组件、光纤、真空密封接头、O型圈、螺母、待测样品、磁输运样品室、光谱仪和测试分析计算机等组成。该测量系统的主要特征在于利用光纤组件在深低温、强磁场环境中对样品进行光致发光测试，实现了光致发光测试与深低温、强磁场输运测量的结合。
【专利说明】
一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种光致发光的测量系统，创造性的通过光纤将光致发光测量引入于极低温、强磁场下，为测量材料的结构、成分、环境原子排列的信息以及半导体材料的少数载流子寿命等提供了新手段，具有简单、无破坏性、对样品尺寸无要求、分辨率高等特点。
【背景技术】
[0002]在半导体材料与器件相关的测试手段中，磁输运是一种重要而基础的研究手段，用以研究材料的载流子浓度，类型和迀移率等基本信息。而在深低温的条件下，众多量子效应呈现出来，作为对经典电导的修正，电导的量子效应反映出材料的自旋特性等物理信息，这些特性可能在新一代的物理器件一一自旋电子学器件中得到应用，因此具有重要的研究价值。对电导的量子效应进行研究已经成为一门新的学科，研究的现象包括磁阻振荡、量子霍尔效应、弱局域与反弱局域效应、量子隧穿等。
[0003]目前这些研究大部分采用传统的电学测试方法，因此受到诸如材料衬底电导、三维方向上的载流子、样品腐蚀不易和可能破坏样品、以及样品电极制备不易等制约。光致发光是指物质在光的激励下，电子从价带跃迀至导带并在价带留下空穴；电子和空穴在各自在导带和价带中通过弛豫达到各自未被占据的最低激发态(在本征半导体中即导带底和价带顶)，成为准平衡态;准平衡态下的电子和空穴再通过复合发光，形成不同波长光的强度或能量分布的光谱图。在激发光能量不是非常大的情况下，光致发光测试是一种无损的测试方法，可以快速、便捷地表征半导体材料的缺陷、杂质以及材料的发光性能。光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域。本发明充分利用目前光纤材料的发展优势，将光致发光测量引入到深低温、高磁场的测量环境中，为研究材料在不同温度下和磁场下的性能提供了一种新的研究方法和手段，是研究材料电学、光学性能和构造相干器件的有力工具。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于光纤的光致发光测量方法，并将其引入到了深低温、强磁场的测量环境中，为测量材料的结构、成分、环境原子排列的信息以及半导体材料的少数载流子寿命等提供了新手段，具有简单、无破坏性、对样品尺寸无要求、分辨率高等特点。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]测试系统包括光纤激光器101、光纤组件A102、光纤1103、真空密封接头104、0型圈105、螺母106、待测样品107、光纤II108、磁输运样品室109、光纤组件B110、光谱仪111和测试分析计算机112，基本结构见附图1。真空密封接头104、0型圈105和螺母106具体结构及其与光纤1103、光纤II108和磁输运样品室109的连接见附图2。
[0007]所述的光纤组件A102两端通过光纤接头分别与光纤激光器101和光纤1103连接；所述的光纤1103左端通过光纤接头与光纤组件A102连接，右端穿过真空密封接头104进入磁输运样品室109后对准待测样品107;所述的光纤II108左端通过光纤接头与光纤组件BI 10连接，右端穿过真空當封接头104进入磁输运样品室109后对准待测样品107 ；真空當封接头104为圆形，内有剥去外皮仅留中心石英部分的光纤1103和光纤II108穿过，当中采用密封胶固定和密封;真空密封接头104穿过磁输运样品室109，一部分位于磁输运样品室109外并有沟槽，O型圈105套进真空密封接头104内并处于真空密封接头104沟槽里，O型圈105露出沟槽的部分贴于磁输运样品室109外壁，真空密封接头104处于磁输运样品室109之内的部分上有螺纹，螺母106拧进螺纹并贴紧磁输运样品室109外壁，起固定和真空密封作用；待测样品107平放于磁输运样品室109底端超导线圈内；调整待测样品107位置以及光纤1103、光纤II108下端对准待测样品107的角度，使得光纤1103发出的激光入射到待测样品107上，所激发的光致发光被光纤II108所接收;光纤组件BllO两端通过光纤接头分别与光谱仪111和光纤II108连接;光谱仪111连接到测试分析计算机112，从而记录、分析得到的光谱信息。
[0008]所述的光纤激光器101所激发的激光波长短于待测样品107的被激发光的波长。
[0009]所述的光纤组件A(102)、光纤1(103)、光纤11(108)和光纤组件B(IlO)芯径和传输光效率满足信号传输需要和测量要求，光纤芯径不小于I微米，传输光效率高于百分之五十。
[0010]所述的光纤1(103)下端为平端面，以便于发射平行激光。
[0011]所述的光纤11(108)下端为半球面，以便于收集光致发光信号。
[0012]所述的光谱仪(111)所测光波长范围满足光致发光包括光致发光信号波长范围；光谱仪(111)之内放置与光纤激光器(101)所激发的激光波长相对应的滤波片以去除激发激光对测量的影响。
[0013]本发明的优点在于:利用光纤将光致发光导入到深低温、强磁场的测量条件下，为表征材料的各种特性尤其是深低温、强磁场下材料的结构、成分、环境原子排列的信息以及半导体材料的少数载流子寿命等提供了新手段，采用无接触、不破坏的方法进行测量，方法简单方便，可对样品直接进行测量，具有简单、无破坏性、对样品尺寸无要求、分辨率高等特点。
【附图说明】
[0014]图1:一种用于测量深低温、强磁场下样品光致发光的系统示意图。图中各部分为:光纤激光器101、光纤组件A102、光纤1103、真空密封接头104、0型圈105、螺母106、待测样品107、光纤II108、磁输运样品室109、光纤组件BI 1、光谱仪111和测试分析计算机112。
[0015]图2是真空密封接头结构图，其中:(a)真空密封接头104俯视图，(b)真空密封接头104侧面剖面图。图中各部分为:光纤1103、真空密封接头104、0型圈105、螺母106、光纤II108和磁输运样品室109。
【具体实施方式】
[0016]下面根据
【发明内容】
和【附图说明】给出本发明的一个较好的实例，结合实例进一步说明本发明技术细节、结构特征和功能特点。但此实例并不限制本发明范围，合乎
【发明内容】
和【附图说明】中描述的实例均应包含在本发明范围内。
[0017]光纤激光器101采用532nm光纤激光器，型号LSR532H-600。
[0018]光纤组件A102和光纤组件BllO采用石英光纤，产品型号UV600-1*2。光纤1103和光纤II108采用石英光纤，芯径I毫米，位于磁输运样品室109外的部分外层有3毫米护套，位于真空密封接头104内和磁输运样品室109内部分剥去护套。
[0019]真空密封接头104采用不锈钢打造，为圆形中空结构，设计有沟槽和螺纹，配合O型圈105和螺母106以及密封胶使用，达到真空密封的目的。具体见图2。
[0020]磁输运样品室109结合已有的深低温、磁输运系统，为一套牛津无液氦循环超导磁体系统的一部分。
[0021]光谱仪110采用光纤光谱仪，型号PC4000，波长范围400?11 OOnm，分辨率约0.5nm。
[0022]在用光纤测量光致发光方法中，光纤激光器101发出激光，经过光纤组件A102和光纤1103由光纤1103的下端平端面发射照到待测样品107上，产生光致发光信号由光纤II108下端半球面接收，经过光纤II108和光纤组件BI 10传入到光谱仪111，由其测出其光谱信号，并通过测试分析计算机112记录储存。在不同温度、不同磁场下可得到待测样品107的光致发光光谱的变化关系。
【主权项】
1.一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光光谱的系统，包括:光纤激光器(101)、光纤组件A( 102)、光纤I (103)、真空密封接头(104)、0型圈(105)、螺母(106)、待测样品(107)、光纤11(108)、磁输运样品室(109)、光纤组件B(IlO)、光谱仪(111)和测试分析计算机(112)，其特征在于: 所述的光纤组件A(102)两端通过光纤接头分别与光纤激光器(101)和光纤1(103)连接;所述的光纤1(103)左端通过光纤接头与光纤组件A(102)连接，右端穿过真空密封接头(104)进入磁输运样品室(109)后对准待测样品(107);所述的光纤11(108)左端通过光纤接头与光纤组件B(IlO)连接，右端穿过真空密封接头(104)进入磁输运样品室(109)后对准待测样品(107);真空密封接头(104)为圆形，内有剥去外皮仅留中心石英部分的光纤1(103)和光纤II (108)穿过，当中采用密封胶固定和密封;真空密封接头(104)穿过磁输运样品室(109)，一部分位于磁输运样品室(109)外并有沟槽，O型圈(105)套进真空密封接头(104)内并处于真空密封接头(104)沟槽里，O型圈(105)露出沟槽的部分贴于磁输运样品室(109)夕卜壁，真空密封接头(104)处于磁输运样品室(109)之内的部分上有螺纹，螺母(106)拧进螺纹并贴紧磁输运样品室(109)外壁，起固定和真空密封作用;待测样品(107)平放于磁输运样品室(109)底端超导线圈内；调整待测样品(107)位置以及光纤1(103)、光纤11(108)下端对准待测样品(107)的角度，使得光纤1(103)发出的激光入射到待测样品(107)上，所激发的光致发光被光纤11(108)所接收;光纤组件B(IlO)两端通过光纤接头分别与光谱仪(111)和光纤11(108)连接;光谱仪(111)连接到测试分析计算机(112)，从而记录、分析得到的光谱?目息O2.根据权利要求1所述的一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，其特征在于:所述的光纤激光器(101)所激发的激光波长短于待测样品(107)的被激发光的波长。3.根据权利要求1所述的一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，其特征在于:光纤组件A (102)、光纤1(103)、光纤11(108)和光纤组件B (I 1)芯径不小于I微米，传输光效率高于百分之五十。4.根据权利要求1所述的一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，其特征在于:所述的光纤I (103)下端为便于发射平行激光的平端面。5.根据权利要求1所述的一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，其特征在于:所述的光纤II (108)下端为便于收集光致发光信号的半球面。6.根据权利要求1所述的一种用于测量深低温强磁场下样品光致发光的系统，其特征在于:光谱仪(111)所测光波长范围满足光致发光包括光致发光信号波长范围；光谱仪(111)之内放置有与光纤激光器(101)所激发的激光波长相对应的滤波片以去除激发激光对测量的影响。
【文档编号】G01N21/63GK105911029SQ201610406776
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】吕蒙, 俞国林, 林铁, 褚君浩
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所