CN108267699A - 一种法拉第旋转效应测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于法拉第旋转效应测量技术领域，公开了一种法拉第旋转效应测量装置，包括：载物支架平台、脉冲磁场发生器、光源模块以及光波检测模块；所述载物支架平台上设置有样品支座，用于承载待测样品；所述脉冲磁场发生器固定在所述载物支架平台上，用于生成脉冲磁场，并且所述样品支座位于所述脉冲磁场中；所述光源模块设置在所述载物支架平台上，用于输出极化光并投射到待测样品上，形成透射光；所述光波检测模块设置在所述载物支架平台上，与所述光源模块相对，收集所述透射光并检测两个相互垂直极化方向上的光波强度。本发明提供的测量装置能够实现高效的法拉第旋转效应测量。

Description

一种法拉第旋转效应测量装置

技术领域

本发明涉及法拉第旋转效应测量技术领域，特别涉及一种法拉第旋转效应测量装置。

背景技术

法拉第旋转就是线极化电波(包括光)通过电磁场时，会在电磁场的影响下产生极化面相对入射波的旋转。电磁场对电磁波的这种影响称为法拉第效应，这种影响是电磁场固有的特性，由物理学家法拉第发现，并由此命名。法拉第旋转效应广泛应用于材料的磁光特性表征和光偏振面调控等领域。目前广泛应用于激光光隔离器、材料的磁光特性测量和超高磁场测量等。其工作原理是，利用波片和起偏器将一束电波转换为具有特定极化方向的电波，该电波经过磁光介质后，极化面在磁场作用下发生偏转，然后利用检偏器来对偏转角度行进检测。其应用包括两个方面：一是利用设计好的磁光测量系统进行材料的磁光特性测量；二是利用标定好的磁光晶体进行磁场或电波(包括光波)极化方向调控。

在材料的法拉第旋转磁光特性测量方面，测量系统中的波源、探测器及各种光学元器件离散放置于磁铁周围，探测波能方便地穿过磁铁和样品并在自由空间中传播。其工作原理是，将被测样品或材料放置于磁铁中，一束偏振面经过调控的线偏振波源照射并穿透样品，在磁场作用下，波源的偏振方向发生偏转，利用检偏器对偏转角度进行检测。目前测量装置大多基于稳态电磁铁或超导磁铁，这些磁铁具有磁场强度不高，强度范围从几百高斯到几个特斯拉，并且磁场变化率小。尽管上述法拉第旋磁光测量系统搭建容易，测量方便，但磁场强度不高，磁场扫场速度慢、耗时长，磁体消耗能源大。

发明内容

本发明提供一种法拉第旋转效应测量装置，解决现有技术中磁场强度不高，磁场扫场速度慢、耗时长，磁体消耗能源大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种法拉第旋转效应测量装置，包括：载物支架平台、脉冲磁场发生器、光源模块以及光波检测模块；

所述载物支架平台上设置有样品支座，用于承载待测样品；

所述脉冲磁场发生器固定在所述载物支架平台上，用于生成脉冲磁场，并且所述样品支座位于所述脉冲磁场中；

所述光源模块设置在所述载物支架平台上，用于输出极化光并投射到待测样品上，形成透射光；

所述光波检测模块设置在所述载物支架平台上，与所述光源模块相对，收集所述透射光并检测两个相互垂直极化方向上的光波强度。

进一步地，所述测量装置还包括：磁场检测模块；

所述磁场检测模块设置在所述脉冲磁场中，实时检测脉冲磁场的磁场强度值。

进一步地，所述磁场检测模块包括：磁场传感器；

所述磁场传感器设置在所述脉冲磁场中，并固定在所述样品支座上。

进一步地，所述光源模块包括：光源、光纤、光纤准直器以及偏振控制器；

所述光源、所述光纤、所述光纤准直器以及所述偏振控制器固定在所述载物支架平台上；

所述光源依次通过所述光纤与所述光纤准直器以及所述偏振控制器相连，输出线偏振光。

进一步地，所述光源采用激光器。

进一步地，所述光波检测模块包括：检偏器以及光电探测器组；

所述检偏器固定在所述载物支架平台上，将所述透射光分成两个相互垂直极化方向上的光波；

所述光电探测器组包括两个光电探测器分别对应检测所述两个相互垂直极化方向上的光波。

进一步地，所述检偏器采用偏振晶体。

进一步地，所述检偏器采用沃拉斯特棱镜。

进一步地，所述脉冲磁场发生器采用脉冲磁体。

进一步地，所述测量装置还包括：数据采集仪和测量服务器；

所述数据采集仪分别与所述脉冲磁场发生器以及所述光波检测模块相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度；

所述测量服务器与所述数据采集仪相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度，生成所述两个相互垂直极化方向上的光波强度随脉冲磁场强度变化的曲线，并利用余弦或正弦函数拟合获得法拉第旋转角。

通常根据不同样品情况，对测量结构进行相应的调整。

实施例1：光源为氦氖激光器，光纤为633纳米保偏光纤，光纤准直器为梯度渐变透镜，样品为石英玻璃棒，检偏分光器为沃拉斯特棱镜，收集光纤为两组光线束，光电探测器为光电放大探测器。在35T磁场下将观测到石英的法拉第旋转角随磁场现象变化。

实施例2：光源为532纳米半导体激光器，光纤为532纳米保偏光纤，光纤准直器为梯度渐变透镜，样品为石英玻璃棒，检偏分光器为沃拉斯特棱镜，收集光纤为两组光线束，光电探测器为光电放大探测器。在35T磁场下将观测到石英的法拉第旋转角随磁场现象变化。

实施例3：光源为氦氖激光器，光纤为普通光纤，光纤准直器为梯度渐变透镜和偏振片组合，样品为石英玻璃棒，检偏分光器为沃拉斯特棱镜，收集光纤为两组光线束，光电探测器为光电放大探测器。在35T磁场下将观测到石英的法拉第旋转角随磁场现象变化。

实施例4：光源为氦氖激光器，光纤为633纳米保偏光纤，光纤准直器为梯度渐变透镜，样品为BiFeO3薄膜，检偏分光器为沃拉斯特棱镜，收集光纤为两组光线束，光电探测器为光电放大探测器。在35T磁场下将观测到BiFeO3薄膜的法拉第旋转角随磁场现象变化。

实施例5：光源为氦氖激光器，光纤为633纳米保偏光纤，光纤准直器为梯度渐变透镜，样品为石英玻璃棒，检偏分光器为偏振晶体，收集光纤为两组光线束，光电探测器为光电放大探测器。在35T磁场下将观测到石英的法拉第旋转角随磁场现象变化。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的法拉第旋转效应测量装置，采用磁场强度更高且消耗能量小的强脉冲磁体，从而实现前磁场快速，高效可重复性好的测量装置。同时，通过载物支架平台将测量装置构成一个稳固的整体，一方面形成一个便携式，可插拔的集成装置；另一方面，也通过载物支架平台的工平台固定方式，抑制了脉冲磁体的振动，克服了脉冲磁体在充放电过程中振动大的缺陷，同时，集成式结构的稳定性更高，能够保持较小的体积，使得测量空间小和样品插入深度深。

附图说明

图1为本发明提供的法拉第旋转效应测量装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种法拉第旋转效应测量装置，解决现有技术中磁场强度不高，磁场扫场速度慢、耗时长，磁体消耗能源大的技术问题，同时也能够克服脉冲磁体振动大的缺陷。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种法拉第旋转效应测量装置，包括：载物支架平台13、脉冲磁场发生器7、光源模块C1以及光波检测模块C2。

所述载物支架平台13上设置有样品支座12，用于承载待测样品；一般来说，样品支座12采用非金属的管型结构，可采用刚度强、直线度好的空心管材，如陶瓷管、玻璃管或环氧管。当然也可以是其他，能够在磁场中使用的管材。

一般来说，样品支座12的轴线与测量光波的走向一致。

所述脉冲磁场发生器7固定在所述载物支架平台13上，用于生成脉冲磁场，并且所述样品支座12位于所述脉冲磁场中；从而进行样品的磁光特性参数测量。

一般来说，脉冲磁场发生器7采用脉冲磁体。

所述光源模块C1设置在所述载物支架平台13上，用于输出极化光并投射到待测样品5上，形成透射光；

所述光波检测模块C2设置在所述载物支架平台13上，与所述光源模块C1相对，收集所述透射光并检测两个相互垂直极化方向上的光波强度。

通过脉冲发生器能够提供高强度磁场，实现高效快速测量；同时能够通过平台化固定的方式，克服脉冲磁体的振动大的缺陷。

脉冲磁场强度对测量的精度至关重要，鉴于此，所述测量装置还包括：磁场检测模块6；所述磁场检测模块6设置在所述脉冲磁场中，实时检测脉冲磁场的磁场强度值。从而实时获取作用在样品上的脉冲磁场强度值，从而实现数据校正。

一般来说，所述磁场检测模块包括：磁场传感器；所述磁场传感器设置在所述脉冲磁场中，并固定在所述样品支座12上。

当然还可以是，其他的磁场测量仪表。

进一步地，所述光源模块包括：光源1、光纤3、光纤准直器2以及偏振控制器4；所述光源1、所述光纤3、所述光纤准直器2以及所述偏振控制器4固定在所述载物支架平台13上。

所述光源1依次通过所述光纤3与所述光纤准直器2以及所述偏振控制器4相连，输出线偏振光。

一般来说，所述光源采用激光器。

进一步地，所述光波检测模块C2包括：检偏器8以及光电探测器组10；所述检偏器8固定在所述载物支架平台13上，将所述透射光分成两个相互垂直极化方向上的光波；一般可称为X轴和Y轴方向。

所述光电探测器组10包括两个光电探测器分别对应检测所述两个相互垂直极化方向上的光波；将光波强度信号转换为电信号从而便于采集和计算。

一般来说，所述检偏器8采用偏振晶体；还可以是沃拉斯特棱镜。将所述透射光分成两束。而后通过两束光纤采集，而后通过光电探测器进行光电转换。

通常，在获得了X轴和Y轴方向的光强信号即可完成测量过程，将相应的电信号和脉冲磁场强度信息，就获得了原始数据，根据需要进行相应的运算获得想要的参数值。

本实施例还针对数据处理过程提供了一种自动化运算装置。

进一步地，所述测量装置还包括：数据采集仪和测量服务器11；

所述数据采集仪分别与所述脉冲磁场发生器以及所述光波检测模块相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度；

所述测量服务器11与所述数据采集仪相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度，生成所述两个相互垂直极化方向上的光波强度随脉冲磁场强度变化的曲线，并利用余弦或正弦函数拟合获得法拉第旋转角。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的法拉第旋转效应测量装置，采用磁场强度更高且消耗能量小的强脉冲磁体，从而实现前磁场快速，高效可重复性好的测量装置。同时，通过载物支架平台将测量装置构成一个稳固的整体，一方面形成一个便携式，可插拔的集成装置；另一方面，也通过载物支架平台的工平台固定方式，抑制了脉冲磁体的振动，克服了脉冲磁体在充放电过程中振动大的缺陷，同时，集成式结构的稳定性更高，能够保持较小的体积，使得测量空间小和样品插入深度深。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，包括：载物支架平台、脉冲磁场发生器、光源模块以及光波检测模块；

所述载物支架平台上设置有样品支座，用于承载待测样品；

所述脉冲磁场发生器固定在所述载物支架平台上，用于生成脉冲磁场，并且所述样品支座位于所述脉冲磁场中；

所述光源模块设置在所述载物支架平台上，用于输出极化光并投射到待测样品上，形成透射光；

所述光波检测模块设置在所述载物支架平台上，与所述光源模块相对，收集所述透射光并检测两个相互垂直极化方向上的光波强度。

2.如权利要求1所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：磁场检测模块；

所述磁场检测模块设置在所述脉冲磁场中，实时检测脉冲磁场的磁场强度值。

3.如权利要求2所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述磁场检测模块包括：磁场传感器；

所述磁场传感器设置在所述脉冲磁场中，并固定在所述样品支座上。

4.如权利要求1所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述光源模块包括：光源、光纤、光纤准直器以及偏振控制器；

所述光源、所述光纤、所述光纤准直器以及所述偏振控制器固定在所述载物支架平台上；

所述光源依次通过所述光纤与所述光纤准直器以及所述偏振控制器相连，输出线偏振光。

5.如权利要求4所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述光源采用激光器。

6.如权利要求1所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述光波检测模块包括：检偏器以及光电探测器组；

所述检偏器固定在所述载物支架平台上，将所述透射光分成两个相互垂直极化方向上的光波；

所述光电探测器组包括两个光电探测器分别对应检测所述两个相互垂直极化方向上的光波。

7.如权利要求6所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述检偏器采用偏振晶体。

8.如权利要求6所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述检偏器采用沃拉斯特棱镜。

9.如权利要求1所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述脉冲磁场发生器采用脉冲磁体。

10.如权利要求1～9任一项所述的法拉第旋转效应测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：数据采集仪和测量服务器；

所述数据采集仪分别与所述脉冲磁场发生器以及所述光波检测模块相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度；

所述测量服务器与所述数据采集仪相连，获取脉冲磁场强度和所述两个相互垂直极化方向上的光波强度，生成所述两个相互垂直极化方向上的光波强度随脉冲磁场强度变化的曲线，并利用余弦或正弦函数拟合获得法拉第旋转角。