当前位置: 首页 > 专利查询>山东大学专利>正文

一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法制造方法及图纸

技术编号:19213656 阅读:146 留言:0更新日期:2018-10-20 06:02
本发明专利技术涉及一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法。所述装置包括沿光路依次设置的C波段激光器、光隔离器、可调衰减器、消色散光纤、光纤分束器、第一声光频移器、第一光纤调整架、透射式分光光栅、消色差聚焦透镜、设置在电动旋转台上的相位延迟器、凹面聚焦镜、可变低温环境、可调光阑、聚焦透镜、沃拉斯顿棱镜和平衡光探测器。本发明专利技术所述研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,基于瞬态光栅技术,采用光纤进行耦合,有效降低了实验低成本,便于将设备小型化,同时降低背景杂散光。

【技术实现步骤摘要】
一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法
本专利技术涉及一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法,属于超导薄膜材料光学研究的

技术介绍
铁基超导材料是继铜氧化物高温超导体发现以来,超导领域最重要的发现,铁基超导材料属于强关联体系,其超导机理尚不明确,物理性质尚未完全得到深入研究。其中超导能力、电子输运性质、热力学性质等已经有相关理论阐释,然而由于其自旋涨落各向异性,不同于铜氧化物高温超导体,目前实验相关的研究还不完善。瞬态光栅法属于超快光谱学的一种实验手段,在生物、化学的分子解离动力学研究中得到了广泛的应用。瞬态光栅光谱技术基于四波混频过程,能够有效将激发光与信号光分离,使信号光无背底,从而提高信噪比。但该技术在铁基高温超导体的测量上还未得到应用。瞬态光栅法多采用同步光学采集方式,即从同一激光器分出的两束激光,通过移动电动机械式位移平台,调整两束激光脉冲的相对延迟时间。机械式位移平台不可避免的会引起光路的抖动,导致该分支光路发生微小偏移,并增大光路的调节难度。此外机械位移平台的移动时间、稳定时间往往会使单次实验测量时间在几十分钟以上。反铁磁自旋涨落被认为是在强电子关联材料中产生超导的重要因素[1]。铁基高温超导材料在超导态下会体现自旋单态配对,在正常态下则存在反铁磁自旋涨落。研究铁基超导体的自旋特性对于理解超导机理有重要意义。目前在自旋的理论研究较多[2],实验上多采用核磁共振(NMR)技术[3],该方法需要外加强磁场,设备价格较高。参考文献:[1]赵忠贤.铁基超导体物性基础研究[M].上海科学技术出版社,2013.[2]UrataT,TanabeY,HuynhKK,etal.ArgumentonsuperconductivitypairingmechanismfromcobaltimpuritydopinginFeSe:spin($s_{\pm$)ororbital($s_{++$)fluctuation[J].Physics,2016,101(101):57002.[3]王春光.铁基超导体NaFe_(1-x)Co_xAs的核磁共振研究[D].中国科学院大学(中国科学院物理研究所),2017.
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置。本专利技术还提供一种上述装置的工作方法。术语说明:BOXCARS构型:指在聚焦前光束互相平行且光路截面以矩形的形式分布(如附图2所示),经过样品反射后的光路截面依然为矩形。在瞬态光栅技术中,假设其中三束入射光波矢为k1,k2,k3,另一束为参考光k4,光束聚焦在样品上,两束泵浦光作用产生瞬态光栅,探测光经过延迟后作用在瞬态光栅处,根据四波混频理论,k’=k1+k3-k2,会衍射产生一束衍射光k’,衍射光k’与参考光k4的反射光方向是一致的,会产生相干叠加形成信号光。BOXCARS构型可实现较高的空间分辨率。本专利技术的技术方案为:一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,包括沿光路依次设置的C波段激光器、光隔离器、可调衰减器、消色散光纤、光纤分束器、第一声光频移器、第一光纤调整架、透射式分光光栅、消色差聚焦透镜、设置在电动旋转台上的相位延迟器、凹面聚焦镜、可变低温环境、可调光阑、聚焦透镜、沃拉斯顿棱镜和平衡光探测器;所述光纤分束器还通过第二声光频移器、半波片、第二光纤调整架与透射式分光光栅连接。C波段激光器提供探测过程所需的光源,并通过保偏光纤传输。光隔离器可避免后续光学元件的反射光打回激光器,影响激光器锁模,保证激光器的稳定性。可调衰减器在后续光路中调整光强,同时保证出射激光为线偏振光;可调衰减器一般由半波片与格兰棱镜组合而成,是一种光纤光学调整元件。消色散光纤能够压缩激光器谱线宽度,避免激光传输引起的色散。光纤分束器将光路分束为泵浦光和探测光两个分支。声光频移器可将激光器重复频率移动MHz量级。第一声光频仪器、第二声光频移器相组合,调整频率差为一个恒定的较小值。探测光经过所述半波片将偏振方向调整为与泵浦光偏振垂直的方向。第一光纤调整架、第二光纤调整架使光入射到分光光栅。分光光栅将泵浦光与探测光两束光分为四束,还可通过调整光栅周期,改变瞬态光栅的波矢。消色差聚焦透镜将光束调整成BOXCARS构型,设置在电动旋转台上的相位延迟器用于调节光束的相位,保证入射到样品上时相位一致。凹面聚焦镜将光束准确的聚焦到样品上的同一位置,产生的衍射光沿探测光中的参考光方向出射,衍射光与参考光相干叠加成为信号光。可调光阑控制只有信号光方向被采集。聚焦透镜将信号光汇聚。沃拉斯顿棱镜将一束光分为两束,进入平衡光探测器,消除共模噪声。为了使信号进一步放大,可将探测得到的信号输入锁相放大器进行采集放大。根据本专利技术优选的,所述C波段激光器输出激光的波长为1500~1600nm,脉冲宽度在皮秒或纳秒量级,重复频率在1GHz以上。C波段激光设备易于获取,且人眼中的晶状体液对1500~1600nm波段有较强吸收,因此在搭建及测试过程中可实现人眼安全。根据本专利技术优选的,所述研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置中各个组件通过保偏光纤连通。根据本专利技术优选的,所述第一声光频移器和第二声光频移器分别匹配设置有控制器。声光频移器与控制器相互配合实现激光频率的调节。根据本专利技术优选的,所述可调衰减器通过保偏光纤与消色散光纤的输入端熔融连接,所述光纤分束器通过保偏光纤与消色散光纤的输出端熔融连接。通过熔融连接方式减少激光器传输的色差,压缩谱线宽度。一种上述装置的工作方法,包括步骤如下:1)将样品设置在可变低温环境中;所述C波段激光器发出的激光耦合到光隔离器,激光定向传输;2)定向传输的激光经可调衰减器进行衰减;3)光纤分束器将可调衰减器中的光分成光强大小不同的两束激光,光强较强的分支为泵浦光,光强较弱的分支为探测光;4)泵浦光和探测光分别经过第一声光频移器和第二声光频移器,第一声光频移器和第二声光频移器分别将泵浦光和探测光的频率由f移动到f+fs,fs为超声频率;5)调整第一光纤调整架和第二光纤调整架,使泵浦光与探测光聚焦到透射式分光光栅上同一点,分成四束光;探测光分成探测衍射光和参考衍射光;泵浦光分成第一泵浦衍射光和第二泵浦衍射光;探测光和泵浦光中的一支延迟关系已经确定,另外两束分光光栅分出来的衍射光可能会引起光程和相位的变化,通过相位延迟器保证聚到样品上的光束相位一致。6)步骤5)生成的四束光线以BOXCARS构型排列,经凹面聚焦镜聚焦到样品表面;光束经过样品反射,第一泵浦衍射光和第二泵浦衍射光相干叠加产生瞬态光栅;7)探测衍射光经过所述瞬态光栅产生衍射光;所述衍射光与所述参考衍射光的反射光方向一致;所述衍射光与所述参考衍射光相干叠加得到信号光,平衡光探测器对所述信号光进行收集;8)所述沃拉斯顿棱镜将所述信号光分成两束,所述平衡光探测器对两束信号光进行采集,得到信号光随延迟时间变化曲线,即自旋弛豫曲线;9)对步骤8)得到的自旋弛豫曲线的纵坐标取对数,进行线性拟合,得到自旋衰退速率Γs;10)调节透射式分光光栅的周期或改变聚焦透镜的焦距,以改变瞬态光栅的波矢q,获得对应的自旋衰退速率Γs,从而拟合出自旋扩散速率Ds以及自旋弛豫时间τs;11)调整所述可变本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,其特征在于,包括沿光路依次设置的C波段激光器、光隔离器、可调衰减器、消色散光纤、光纤分束器、第一声光频移器、第一光纤调整架、透射式分光光栅、消色差聚焦透镜、设置在电动旋转台上的相位延迟器、凹面聚焦镜、可变低温环境、可调光阑、聚焦透镜、沃拉斯顿棱镜和平衡光探测器;所述光纤分束器还通过第二声光频移器、半波片、第二光纤调整架与透射式分光光栅连接。

【技术特征摘要】
1.一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,其特征在于,包括沿光路依次设置的C波段激光器、光隔离器、可调衰减器、消色散光纤、光纤分束器、第一声光频移器、第一光纤调整架、透射式分光光栅、消色差聚焦透镜、设置在电动旋转台上的相位延迟器、凹面聚焦镜、可变低温环境、可调光阑、聚焦透镜、沃拉斯顿棱镜和平衡光探测器;所述光纤分束器还通过第二声光频移器、半波片、第二光纤调整架与透射式分光光栅连接。2.根据权利要求1所述的研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,其特征在于,所述C波段激光器输出激光的波长为1500~1600nm,脉冲宽度在皮秒或纳秒量级,重复频率在1GHz以上。3.根据权利要求1所述的研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,其特征在于,所述第一声光频移器和第二声光频移器分别匹配设置有控制器。4.根据权利要求1所述的研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置,其特征在于,所述可调衰减器通过保偏光纤与消色散光纤的输入端熔融连接,所述光纤分束器通过保偏光纤与消色散光纤的输出端熔融连接。5.一种如权利要求1-4任意一项所述研究铁基超导薄膜材料自旋特性装置的工作方法,其特征在于,包括步骤如下:1)将样品设置在可变低温环境中;所述C波段激光器发出的激光耦合到光隔离器,激光定向传输;2)定向传输的激光经可调衰减器进行衰减;3)光纤分束器将可调衰减器中的光分成光强大小不同的两束激光,光强较强的分支为泵浦光,光强较弱的分支为探测光;4)泵浦光和探测光分别经过第一声光频移器和第二声光频移器,第一声光频移器和第二声光频移器分别将泵浦光和探测光的频率由f移动到f+fs,fs为超声频率;5)调整第一光纤调整架和第二光纤调整架,使泵浦光与探测光聚焦到透射式分光光栅上同一点,分成四束光;探测光分成探测衍射光和参考衍射光...

【专利技术属性】
技术研发人员:张飒飒陈霞张衍敏陈天弟王骏齐
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东,37

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1