[發明專利]用于低溫超導磁體的腔內顯微拉曼光譜測試系統、其測試方法和應用

在審

• 申請號: 202110409769.9
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113390789A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 楊洋;朱恪;劉吳國;林忠濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/65
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮;姚望舒

本發明公開了一種用于低溫超導磁體的腔內顯微拉曼光譜測試系統，使用激光器、單色儀、光學平板、槽型凹陷濾波片、低溫顯微物鏡、低溫三維位移臺、光纖、若干光學鏡片以及低溫超導磁體，組成了同時在低溫和強磁場環境工作的顯微拉曼光譜測試系統。該系統靈敏度高、安裝容易、使用方便，同時使用穩定性好，堅固耐用，可用于基礎物理研究、材料特性分析等諸多領域。

技術領域

本發明屬于光譜測試領域，具體涉及一種用于低溫超導磁體的腔內顯微拉曼光譜測試系統、其測試方法和應用。

背景技術

極端環境如低溫，強磁場已經成為研究先進材料，如超導材料，二維原子材料和拓撲材料的基本物理性質的重要條件。低溫超導磁體是為樣品測試提供低溫-強磁場環境的凝聚態材料研究領域中廣泛使用的重要儀器。低溫超導磁體由于采用液氦制冷，超導磁體體積較大，使用過程中需要將樣品放置在超導磁體內部的真空腔內，且樣品位置與真空腔窗口距離遠。拉曼光譜儀是可以進行拉曼散射、熒光光譜等多種光譜測量分析的重要測試儀器。常規的顯微拉曼光譜儀配備的光學顯微鏡測試系統，設備都是針對室溫，大氣壓環境測量設計的?，F有低溫拉曼測試技術中，只能將顯微聚焦系統放置在低溫腔外測試。但是這種方法，無法實現低溫超導磁體中樣品低溫、高真空、長測試距離的需求。因此我們采用了通過將大數值孔徑低溫顯微物鏡與低溫三維壓電位移臺組合成真空腔顯微系統，置于低溫超導磁體低溫樣品腔內，從而實現亞微米級空間分辨率，此外通過低溫三維位移臺控制樣品在低溫樣品腔內百納米級精確位移。具有非常顯著的實用意義，可以實現同時在低溫、和強磁場環境下進行顯微拉曼光譜測量。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種用于低溫超導磁體的腔內顯微拉曼光譜測試系統、其測試方法和應用。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種用于低溫超導磁體的腔內顯微拉曼光譜測試系統，所述系統包括：

低溫樣品腔；

低溫超導磁體；

激光器，用于為樣品提供測試光源；

單色儀，用于拉曼信號的采集；

反射鏡一，用于將拉曼信號反射到槽型凹陷濾波片；

槽型凹陷濾波片，用于過濾拉曼信號中的激光；

反射鏡二，用于將拉曼信號反射進入信號收集光路；

反射鏡三，用于將激光反射到低溫樣品腔；

透鏡，用于將拉曼信號匯聚到光纖中；

光纖，用于將激光器輸出的激光導入激發光路和將拉曼信號導入單色儀中；

低溫顯微物鏡，所述低溫顯微物鏡置于低溫超導磁體樣品腔內部，用于將激光聚焦在樣品表面，收集拉曼信號；優選地，所述低溫顯微物鏡的數值孔徑為0.2～0.8，優選為0.8；

低溫三維位移臺，用于在低溫樣品腔內部放置樣品，并精確移動樣品位置；

其中，低溫樣品腔中還設置有低溫腔樣品插桿，用于固定低溫顯微物鏡和低溫三維位移臺；

所述低溫的溫度4K。根據本發明第一方面的顯微拉曼光譜測試系統，其中，所述反射鏡三的中心與所述低溫顯微物鏡的光軸一致。

根據本發明第一方面的顯微拉曼光譜測試系統，其中，所述低溫顯微物鏡置于低溫超導磁體樣品腔內部，且其數值孔徑大，以用于在樣品表面形成聚焦點很小的光斑，提高空間分辨率。

根據本發明第一方面的顯微拉曼光譜測試系統，其中，所述低溫樣品腔插桿頂端設置有與低溫超導磁體樣品腔適配的真空法蘭，用于保證低溫樣品腔所需真空度；

優選地，所述真空法蘭中心安裝有光學玻璃窗口。