磁光實驗用液氦杜瓦瓶

點擊次數：1545 更新時間：2021-02-23

近年來晶體中磁光效應的研究，特別是半導體中磁光效應的實驗研究有了很大的發展，它已成為研究晶體中能帶結構的重要實驗方法之一.為進行窄禁帶半導體磁光效應的研究，我們研制了的液氦杜瓦瓶.本文簡要介紹液氦杜瓦瓶的結構和主要性能.
二結構
液氦杜瓦瓶的結構見圖1所示.液氦杜瓦瓶以不銹鋼和紫銅為材料，分為三層：內層液氦容器采用壁厚為0.3毫米不銹鋼圓筒，全長946毫米.上部圓筒長700毫米，直徑為90.7毫米；下部插入磁場中心區圓筒長246毫米，直徑為20毫米.液氦容器底部與紫銅恒溫塊連接.中層是用紫銅材料做成的液氮槽和防輻射屏，兩者是用可拆卸的結構裝配起來的，全長948毫米.液氮槽的內、外圓筒均用1毫米厚紫銅板卷焊而成，長678毫米，內圓筒直徑為122毫米，外圓筒直徑為176毫米.防輻射屏圓筒長270毫米，直徑為30毫米，側面開兩個直徑為10毫米的通光圓孔。外層用厚為2毫米的不銹鋼板卷焊成，圓筒長718毫米，直徑為206毫米，其下部亦為可拆卸裝配結構，可拆卸部分圓筒長256毫米，直徑為40毫米，側面有兩個直徑為25毫米的通光窗口，窗口采用可拆卸真空橡皮O圈密封窗片的結構，外層杜瓦瓶全長為974毫米.
由于液氦杜瓦瓶下部三層圓筒的間隙較小，裝配時層間用定位套圈支撐以防止層間直接接觸漏熱。定位套圈用有機玻璃材料做成，結構如
全部接口采用氬弧焊技術，用氦質譜檢漏儀對全部焊縫進行過檢漏.總裝配時層間用真空橡皮與法蘭盤O圈密封相連接，夾層間抽真
在內層液氦容器上部離圓筒口約30毫米處的筒外壁套焊一紫銅圓環與液氮槽相連接(見圖1，部件3)，以使液氦容器該處處于液氮溫度，減小液氦容器內的溫度梯度.各層的外表面在焊接前經機械拋光，以增加其對輻射熱流的反射能力。

三主要特性
1.液氦容器**容量為4.5升，用液氮冷卻，液氮槽的**容量為8升.如每次連續實驗工作10小時以上，只需灌人2升液氦，平均液氦蒸發率≤0.2升/小時.
2.由于杜瓦瓶下部采用了可拆卸裝配結構，安裝和更換樣品時杜瓦瓶夾層放氣后，只需拆卸下部部件7，8(見圖1)，操作方便，換樣品后夾層需重新抽真空，通常實驗要求預冷前夾層真空度達~5×10-²毫米汞柱以上即可
(用液氮冷卻后，夾層真空度就可達<5×10-3毫米汞柱).如果不更換樣品，平時杜瓦瓶夾層保持在真空中，只需在預冷前短時間抽真空即可達到上述要求.
3.樣品在真空中絕熱，通過與紫銅恒溫塊直接接觸(例如鋼焊)而冷卻.由于窗口熱輻射等影響，紫銅恒溫塊溫度為9一10K.
4.光譜測量范圍可在紫外一可見一紅外整個寬波段內進行，可以根據不同實驗要求隨時更換一對中25毫米可拆卸O圈密封窗片，使不同波段的光透過，我們已使用過玻璃、石英、氯化鈉、氟化鈣等不同材料窗片研究稀土、半導體晶休等在可見與紅外不同波段的磁光效應，效果良好。
5.此液氦杜瓦瓶與實驗室自行設計的均勻度為10-4電磁鐵配合使用，當磁極間距為42毫米時，磁場強度可達10千高斯.本實驗裝置適用于低場下連續自旋反轉受激喇曼散射研究和法拉第效應，帶間和自由載流子磁光吸收等效應的研究，也可用于液氦溫度下一般光譜的研究工作，如光吸收譜等(強磁場下磁光效應可用的超導磁體及光學杜瓦瓶系統將在另一文章中介紹).