基于Quantum Design综合物理性质测量系统的便携式自由光组件技术方案

本发明专利技术属于光学低温测试系统领域，具体为一种基于Quantum Design综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，分为三个部分：光学平板支架部分；视窗法兰部分；光斑定位装置。光学平板支架部分主体由标准光学平板构成，光学平板上需要加工通光孔。视窗法兰部分需要设计通光孔，同时设计固定通孔。视窗法兰的视窗镜片设计为可拆卸，根据需要进行更换。光斑定位装置由主要由光敏电阻与特氟龙片组成，用于光斑的定位。本发明专利技术解决了在狭小空间中将自由光引入目标系统的问题，同时本设计便携小巧，易于添加不同的光学元器件。光斑定位系统可以实现光斑在目标系统测试腔内的微调对准。

Portable free light assembly based on Quantum Design comprehensive physical property measurement system

The invention belongs to the field of optical Cryogenic Testing system, in particular to a portable free-light component based on Quantum Design comprehensive physical property measurement system, which is divided into three parts: optical plate bracket part, window flange part and spot locating device. The main part of the optical flat support is made up of standard optical plates. The flanges of the window need to be designed with light holes and fixed through-hole design. The window lens of the window flange is designed to be dismantling and replaced according to need. The spot positioning device consists of a photosensitive resistor and a Teflon sheet for locating the spot. The invention solves the problem of introducing free light into the target system in a narrow space, and the design is portable, compact and easy to add different optical components. The spot positioning system can achieve the spot alignment in the target system test chamber.

【技术实现步骤摘要】
基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件
本专利技术属于光学低温测试系统领域，具体涉及一种基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件。
技术介绍
光学低温测量系统是用于研究在低温环境下（低于-180℃，及93.15K）各种物质的光学性质或者对光的响应，可以说一切需要引入光的低温研究都需要使用类似的测量系统，其应用学科主要包括物理，材料，化学等。随着研究的深入，类似系统对低温的要求常常要达到10K左右，由于复杂的降温设计，自由光越发难以引入此类系统。QuantumDesign综合物理性质测量系统是的一大特点是强磁场（最大9T），整个系统的腔体设计是狭长圆筒型，长度达到1.3m左右，这对于自由光的引入非常不利，因此目前该公司没有开发相应的自由光组件。如果可以实现在低温强磁场下自由光的引入，将会使研究的领域大大扩展，可以研究激光，磁场，温度三个参数共同变化情况下物质性质的变化。该低温强磁场测试系统被广泛应用于世界上个大实验室，专利技术一种适用于该系统的自由光附属组件将有很大的应有价值，但是难点在于该系统并没有为添加此类组件提供开放的接口与平台，需要根据该系统已有的设计尺寸设计自由光组件，同时由于该组件不能够影响原测试本身带有的功能，必须具有便携式的特点。另外光学实验必须考虑光路的稳定性，因此必须设计额外的固定结构，保证光路入射的稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种便携式的，稳固的基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件。本专利技术提供的基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，主要有三个部分组成：光学平台支架；视窗法兰；光斑定位装置。本专利技术所述的自由光组件中，光学平板大小需要与测量系统匹配，长度在20cm~40cm，宽度在15cm~30cm，厚度在1~20mm。所加工的通光孔大小为20mm~70mm，太小的通光孔无法使自由光照射到所有腔内区域，太大的通光孔照成空间上的浪费。光学平板的大小主要受限于目标系统的杜瓦大小以及对于组件便携式的要求。通光孔径的位置并不是固定值，可以根据需要来进行调整，调整的原则是必须使通光孔径的圆心与测试腔体的轴对齐（测试腔体为圆柱形），另外在对齐的同时必须保证光学平板的支撑柱可以安放在杜瓦上。本专利技术所述的自由光组件中，光学支撑架的支撑柱难免要设计为长短不一，以便于安放在元测试系统上，假设使用四个支撑柱，其中两根需要等长，另两根分别需要剪短85mm和72mm，这样的设计可以基本保证光学平板在使用时的水平。本专利技术所述的自由光组件中，光学平板支架无法通过四个支撑柱固定在杜瓦上（不可能在目标系统上加工固定孔），因此必须通过本专利技术所述的自由光组件中的视窗法兰来实现固定。标准光学平板上原有的光学元件安装螺纹孔，可以用于与视窗法兰进行固定。本专利技术所述的自由光组件中的视窗法兰基本结构是KF法兰直通，视窗镜片以及固定镜片的压片。KF法兰直通的一端需要与目标系统的KF法兰口匹配，另一端要进行额外的设计：包括加工固定用的通孔，以及加工放置密封橡胶圈的槽。视窗镜片的厚度需要大于1mm，否则机械强度不够，无法密封真空腔，另外，视窗镜片的光学性质根据需要设计。将该镜片设计成可拆卸的，也有利于根据不同需求进行更换。压片的内孔直径只需要比视窗镜片小即可，但是太小的内孔直径相当于减小通光孔径。本专利技术所述的自由光组件中的光斑定位装置基本结构是四个光敏电阻与一片深色特氟龙片，深色特氟龙片的中央开通光孔孔，孔大小与激光光斑相近（1~5mm），过大将无法准确定位光斑，过小将导致同光量大幅减少。四个光敏电阻均匀紧密分布在通光孔四周，呈十字状分布，组成四个象限，当激光照射到其中某一个或多个光敏电阻时，照射道德光敏电阻电阻值会大幅下降，可以反方向调整光斑位置，最后使四个光敏电阻的电阻值都相似，且与其暗电阻值相近，这时光斑定位到了通光孔位置。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术便携性好，整体尺寸大小大概20mm*30mm*20mm，同时轻便，未加装光学元件是重量仅为2~3kg，能够随时拆卸，不影响目标系统的使用；2.本专利技术开放性强，光学平板支架部分可以随意添加光学元件，包括但不限于各种镜片，光学活动元件，激光器等。在光路设计方面还可以充分利用垂直空间，实现紧凑的元件排布格局。本质上本专利技术仅提供了一个自由光到目标系统的固定接口，自由光部分完全是开放式设计。同时视窗法兰部分的视窗也是可更换的，既可以满足不同的使用需求，又避免了更换整个法兰所造成的浪费；3.本专利技术满足了自由光光路稳定的要求。由于整个组件是通过目标系统的法兰口进行固定的，是完全的刚性连接，保证整个组件在测量过程中，不会发生可观测的相对移动，保证了自由光束的稳定输入；4.本专利技术针对QuantumDesign综合物理性质测量系统设计，该系统的广泛应用，保证了本专利技术的普适性，可以与任何一台相同系统连接，而不需要更多额外的改进；5.本专利技术的制作成本低，基本所有部件都不需要特殊定制，如果不考虑视窗镜片（不同镜片差价很大），整体造价不超过3000元；6.本专利技术考虑到了目标系统测试腔的结构特点（狭长桶状），难以直接通过肉眼调整光斑位置，特别设计了光斑定位装置，能够将光斑准确调至需要位置，灵活方便。再加上上文所述的刚性连接，保证测试过程中，光斑不会偏离目标位置。附图说明图1为本专利技术中光学平板支架整体图示。图2为本专利技术中光学平板结构图示。图3为本专利技术中视窗法兰整体图示。图4为本专利技术中视窗法兰剖面图示。图5是本专利技术中光斑定位系统图示。图中标号：1-光学平板支架，2-支柱A，3-支柱B，4-支柱C，5-支柱D，6-光学平板的工程设计示意图（上视图），7-光学平板上的通光孔，8-视窗法兰，9-视窗法兰固定孔，10-视窗镜片压片，11-视窗镜片压片通光孔，12-橡胶圈A，13-橡胶圈B，14-视窗镜片，15-视窗法兰通光孔，16-视窗法兰主体，17-KF法兰口，18-胶圈槽口，19-深色特氟龙片，20-光斑定位装置的通光孔，21-光敏电阻。具体实施方式为了更清楚地说明专利技术的使用，下面具体结合实施例，并参照附图，详细说明本专利技术。本专利技术包括两个部分：光学平板支架1；视窗法兰8。其中，光学平板支架1包括：支柱A2，支柱B3，支柱C4，支柱D5，以及光学平板6。视窗法兰8包括：视窗镜片压片10，视窗镜片14，视窗法兰主体16。所述光学平板支架中，四根支柱：支柱A2，支柱B3，支柱C4，支柱D5需要有不同的长度，其中支柱C4与支柱D5等长200~400mm，支柱B3比其短72mm，支柱A2比其短85mm。这样设计的目的是为了保证光学平板能水平放置到目标系统上。光学平板的工程设计示意图（上视图）6中，画出了通光孔7，其大小可以根据具体需要进行设计，自由激光将会通过反射镜反射后由水平方向变为竖直方向，通过该通光孔射入目标系统。所述视窗法兰中，需要设计四个固定用的通孔9，为了方便，该通孔的相对位置需要和光学平板6上的螺纹孔相同，这样，可以直接通过螺杆连接固定二者，间接达到固定光学平板支架的效果。视窗镜片压片10由螺丝固定在视窗法兰主体16上，压片和视窗法兰主体之间放置视窗镜片14，视窗镜片的大小需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种基于Quantum Design综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，其特征在于，包括：光学平板支架，视窗法兰，光斑定位装置：其中，所述光学平板支架包括：加工有空光孔的标准孔间距光学平板，以及支撑平板所用的铝型材支柱；所述视窗法兰包括：特殊设计的KF直通法兰，视窗镜片以及固定镜片的压板；所述光斑定位装置包括：四个光敏电阻与一片深色特氟龙片。

【技术特征摘要】
1.一种基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，其特征在于，包括：光学平板支架，视窗法兰，光斑定位装置：其中，所述光学平板支架包括：加工有空光孔的标准孔间距光学平板，以及支撑平板所用的铝型材支柱；所述视窗法兰包括：特殊设计的KF直通法兰，视窗镜片以及固定镜片的压板；所述光斑定位装置包括：四个光敏电阻与一片深色特氟龙片。2.根据权利要求1所述的基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，其特征在于，所述的组件光学平板大小需要与目标系统匹配，长度在20cm~40cm，宽度在15cm~30cm，厚度在1~20mm；所加工的通光孔大小为20mm~70mm。3.根据权利要求1所述的基于QuantumDesign综合物理性质测量系统的便携式自由光组件，其特征在于，所述的光学平板支撑架长度不...

【专利技术属性】
技术研发人员：林汉轩，时倩，殷立峰，沈健，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31