CN1645111A - 低温极化电子拉曼散射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温极化电子拉曼散射装置，在氩离子激光器的激光运行线路上依次设有准直透镜组、等离子线过滤器、空间滤波器、偏振旋转器和聚焦透镜，在聚焦透镜后设有将激光束反射到样品座上的反射镜，在样品座前设有搜集样品散射光的物镜，在物镜后设有与偏振旋转器相适配的可选择散射光偏振方向的偏振片，在偏振片后设有光谱仪，光谱仪与监视器连接。本发明是国内第一套低温极化电子拉曼散射装置，用该装置来采集散射光谱，可以在监视器中得到样品的电子拉曼谱，它可以用于金属、超导体、半导体、纳米、磁性、铁电等材料的研究，具有广阔的市场前景。
Description
一、技术领域
本发明属于光学领域，具体地说是一种低温极化电子拉曼散射装置。
二、背景技术
拉曼散射是一种常见的非弹性光散射现象。一束光打到样品上，一部分被反射，另一部分则折射进入样品内部，这部分进入样品内部的光与材料内的各种激发过程可以产生相互作用，相互作用后光子转移动量和能量给样品的内部激发，产生散射光射出。这样，散射光就携带了材料内部各种激发的丰富信息。通过检测散射光谱，就可以对材料的内在基础性质进行深入研究。这里的散射过程就是拉曼散射。
拉曼散射技术已经被大量地应用于现代科研与工业中，在化学上常见的各种有机无机材料，通过拉曼谱可以确定材料内的分子振动和转动，成分等等重要的性质，在物理上对固体材料可以研究其成分变化，内部应力分布，相变等物质信息。这些广泛的应用主要关注的是拉曼散射光中所包含的比较强的那部分散射信号，比如分子的振动与转动激发，固体中的周期性晶格的集体振动模式—也就是声子激发等，这些激发在拉曼谱中作为单立的峰出现。由于激光技术的快速发展，采用各种激光作为理想的激发光源，这些特征峰可以比较容易标定和检测，在海关港口甚至有手持的小型拉曼检验设备。
另一方面，光作为一种电磁波，不但与上述的分子振动和转动，声子等激发有相互作用，光与材料中的电子也同样产生相互作用，拉曼散射光中也同样包含了更深层次的电子的激发信息，这一部分信息表现为连续的拉曼谱，并且具有很低的信号强度。因此检测这种电子激发的拉曼谱，在技术上与上述一般的拉曼应用不同，需要严格控制杂散光的影响，并需要低温(液氦)和高真空的极端条件。电子拉曼谱可以应用于纳米，磁性，铁电，半导体，一般金属，高温和常规超导体等材料的基础电子性质的研究，对理解材料内部基础的电子激发，开发新型材料具有非常重要的价值。目前国内还没有这种低温极化电子拉曼散射的装置。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种低温极化电子拉曼散射装置，该装置可以用于金属、超导体、半导体、纳米、磁性、铁电等材料的研究。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：它包括激光器、准直透镜组、等离子线过滤器、空间滤波器、偏振旋转器、聚焦透镜、反射镜、样品座、物镜、偏振片、光谱仪和监视器，在激光器的激光运行线路上依次设有准直透镜组、等离子线过滤器、空间滤波器、偏振旋转器和聚焦透镜，在聚焦透镜后设有将激光束反射到样品座上的反射镜，在样品座前设有搜集样品散射光的物镜，在物镜后设有与偏振旋转器相适配的可选择散射光偏振方向的偏振片，在偏振片后设有光谱仪，光谱仪与监视器连接。激光器可以是氩离子激光器。
本发明中，为满足低温和高真空的极端条件，样品座设置在高真空的液氦低温器内。样品座可以是紫铜的，作为降温的热交换器，对其上面的样品进行变温控制。
在本发明中，由于光线直线传播需占用太多空间，为节省空间，降低成本，在氩离子激光器的激光运行线路上设有改变光线方向的平面反射镜。
本发明的空间滤波器包括两个焦距相等的透镜和针孔，针孔位于两个透镜之间。滤波器是控制杂散光的重要部分，通过仔细调整，可以使光斑的光强分布均匀，从而保证在入射到样品上时引起的杂散光最小。在空间滤波器后设有对光强进行控制调节的中性密度滤光片。
监视器由探测仪和计算机组成，计算机连接在探测仪上。探测仪可以是液氮冷却的电荷耦合器件(CCD)探测仪，它探测光谱仪分出来的散射光强；计算机用来采集散射光谱。
本发明将氩离子激光器、准直透镜组、等离子线过滤器、空间滤波器、偏振旋转器、聚焦透镜、反射镜、样品座、物镜、偏振片、光谱仪和监视器有机的结合在一起，得到低温极化电子拉曼散射装置。用该装置来采集散射光谱，可以在监视器中得到样品的电子拉曼谱，并用于对金属、超导体、半导体、纳米、磁性、铁电等材料的研究。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是用本发明得到的高温超导材料镧锶铜氧电子拉曼谱。
五、具体实施方式
一种本发明所述的低温极化的电子拉曼散射装置，如图1所示。其中：1是氩离子激光器，2是准直透镜组、3是等离子线过滤器、4是空间滤波器、5是偏振旋转器、6是聚焦透镜、7是反射镜、8是样品座、9是物镜、10是偏振片、11是光谱仪、12是监视器、13是液氦低温器、14是平面反射镜、15是透镜、16是针孔、17是探测仪、18是计算机、19是中性密度滤光片、20是样品。
氩离子激光器1采用514nm的绿光。激光首先进入到一个准直透镜组2，准直透镜组2可以用来减小激光器产生的激光的发散度。准直后的激光进入到等离子线过滤器3，因为出射的激光还包含一些其他波长的等离子线，等离子过滤器就是为了保证激光波长更好的单色性，它里面有一块小型的平面光栅。平面反射镜14，用于改变光线方向。两个焦距相等的透镜15的焦距是50毫米，针孔16的直径是25微米，两个焦距相等的透镜15和针孔16构成一个空间滤波器4，该滤波器4是控制杂散光的重要部分，通过仔细调整，可以使光斑的光强分布均匀，从而保证在入射到样品上时引起的杂散光最小。中性密度滤光片19可以对光强进行控制调节。光线通过平面反射镜17后重新改变方向。经过一个偏振旋转器5，用以选择入射光的偏振方向，以便和散射光的偏振配合构成拉曼几何配置，从而对拉曼谱进行对称性分析。聚焦透镜6使得激光聚焦在样品表面上，增加入射光的功率密度。平面反射镜7把聚焦光束反射到样品20上。高真空的液氦低温器13在室温下它内部的真空大约10-7torr。紫铜的样品座8作为降温的热交换器，对其上面的样品20进行变温控制。物镜9用来搜集散射光，仔细选择物镜9的焦距和数值孔径，使得其与后面的光谱仪11孔径匹配，并具有最好的散射光搜集立体角，可选择焦距50毫米，孔径f/1.4的光学物镜。偏振片10可以选择进入到光谱仪11的散射光的偏振方向，它与偏振旋转器5配合使用，可以对得到的拉曼谱进行对称性研究。是光谱仪11是电子拉曼系统中重要的部分，对它的选择要求具有很好的杂散光抑制率，可选用国际上最大的光谱仪公司—法国JY公司的U1000双联单色仪，它由两个焦距长达1米的联动光栅组成，具有极高的分辨率和杂散光抑制率。液氮冷却的CCD探测仪17可以探测光谱仪11分出来的散射光强，连接到CCD探测仪17上的计算机18，用来采集散射光谱。
图2是低温极化电子拉曼散射装置应用到高温超导材料镧锶铜氧时，获得的电子拉曼谱，其中有一个尖锐的峰的谱线是把样品降温，进入到超导态后出现的超导体特有的电子配对破缺峰。其他谱线是在高于超导温度的正常态获得的。可以明显看到超导态的电子对破缺峰，这是电子拉曼系统检测到电子对光的散射信号的明显标志，表明仪器达到了设计目的。
Claims (7)
1、一种低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：它包括激光器(1)、准直透镜组(2)、等离子线过滤器(3)、空间滤波器(4)、偏振旋转器(5)、聚焦透镜(6)、反射镜(7)、样品座(8)、物镜(9)、偏振片(10)、光谱仪(11)和监视器(12)，在激光器(1)的激光运行线路上依次设有准直透镜组(2)、等离子线过滤器(3)、空间滤波器(4)、偏振旋转器(5)和聚焦透镜(6)，在聚焦透镜(6)后设有将激光束反射到样品座(8)上的反射镜(7)，在样品座(8)前设有搜集样品散射光的物镜(9)，在物镜(9)后设有与偏振旋转器(5)相适配的可选择散射光偏振方向的偏振片(10)，在偏振片(10)后设有光谱仪(11)，光谱仪(11)与监视器(12)连接。
2、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：样品座(8)设置在高真空的液氦低温器(13)内。
3、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：所述激光器(1)是氩离子激光器。
4、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：在激光器(1)的激光运行线路上设有改变光线方向的平面反射镜(14)。
5、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：所述空间滤波器(4)包括两个焦距相等的透镜(15)和针孔(16)，针孔(16)位于两个透镜(15)之间。
6、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：所述监视器(12)由探测仪(17)和计算机(18)组成，计算机(18)连接在探测仪(17)上。
7、根据权利要求1所述的低温极化电子拉曼散射装置，其特征是：在空间滤波器(4)后设有对光强进行控制调节的中性密度滤光片(19)。
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| CN106940311A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-07-11 | 重庆大学 | 一种变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法 |
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