一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统
阅读说明：本技术 一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统 (Chromium-based spinel test system based on terahertz waveband magneto-optical spectrum ) 是由 张朋 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统,包括超导磁体和可旋转样品架,所述可旋转样品架安装在超导磁体的中部,在超导磁体的左侧和右侧分别设有太赫兹偏振调节模块和太赫兹探测模块,所述超导磁体的上侧和下侧均设有反射板。本发明通过设有的超导磁体、水平光学窗口、垂直光学窗口、太赫兹偏振调节模块和太赫兹探测模块,可以探测太赫兹波矢、偏振、磁场方向和待测样品晶向的多种参数组合模式下待测样品材料磁电耦合的微观机理,调节太赫兹波的强度,同时可以确定所需的太赫兹入射光角度,有利于最大效率探测太赫兹分量。(The invention discloses a chromium-based spinel testing system based on terahertz waveband magneto-optical spectrum, which comprises a superconducting magnet and a rotatable sample rack, wherein the rotatable sample rack is arranged in the middle of the superconducting magnet, a terahertz polarization adjusting module and a terahertz detecting module are respectively arranged on the left side and the right side of the superconducting magnet, and reflecting plates are respectively arranged on the upper side and the lower side of the superconducting magnet. According to the invention, by the aid of the superconducting magnet, the horizontal optical window, the vertical optical window, the terahertz polarization adjusting module and the terahertz detection module, a microscopic mechanism of magnetoelectric coupling of a sample material to be detected under a multi-parameter combination mode of terahertz wave vector, polarization, magnetic field direction and crystal orientation of the sample to be detected can be detected, the intensity of terahertz wave is adjusted, meanwhile, the required terahertz incident light angle can be determined, and detection of terahertz components is facilitated at maximum efficiency.)
技术领域
本发明涉及铬基尖晶石材料领域，特别涉及一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统。
背景技术
铬基尖晶石材料具有磁阻挫、多铁性、多种磁有序等丰富物理特性，具有重要理论和应用价值，基于傅里叶变化光谱仪或返波振荡器的高磁场波谱技术是常用的探测太赫兹波段高频自旋共振的实验方法，但在实际试验过程中，由于各种因素的限制，难以获得电磁振子的太赫兹偏振变化或旋光性,且太赫兹光路的传播方向为固定的，导致需要进行多次试验才能够获得在不同模式下的太赫兹波矢、偏振和磁场方向、样品晶向之间的关联信息，不利于实验的进行，为此，我们提出一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，通过设有的超导磁体、水平光学窗口、垂直光学窗口、太赫兹偏振调节模块和太赫兹探测模块，可以探测太赫兹波矢、偏振、磁场方向和待测样品晶向的多种参数组合模式下待测样品材料磁电耦合的微观机理，调节太赫兹波的强度，同时可以确定所需的太赫兹入射光角度，有利于最大效率探测太赫兹分量,可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，包括用于提供低温和强磁环境的超导磁体和用于固定待测晶体样品和调节待测晶体样品角度的可旋转样品架，所述可旋转样品架安装在超导磁体的中部，在超导磁体的左侧和右侧分别设有用于调节太赫兹波强度和确定入射光角度的太赫兹偏振调节模块和用于探测太赫兹偏振的太赫兹探测模块，且在太赫兹偏振调节模块和太赫兹探测模块的下侧均开设有高度调节模块，所述超导磁体的上侧和下侧均设有反射板，且反射板外侧均设有角度调节模块，所述超导磁体的左端和右端中部对称开设有水平光学窗口，且超导磁体的上端和下端中部对称开设有垂直光学窗口。
进一步的，所述水平光学窗口的中心点与可旋转样品架的中心点在同一直线上，这种设置可以确保太赫兹波照射在待测晶体样品的表面。
进一步的，所述垂直光学窗口的中心点与可旋转样品架的中心点和反射板的中心点均在同一直线上，这种设置可以确保太赫兹波照射在待测晶体样品的表面。
进一步的，所述太赫兹偏振调节模块由两个可独立旋转的金属线栅偏振器和连接框架组成，且两个可独立旋转的金属线栅偏振器的中心在同一水平线上，太赫兹波通过金属线栅偏振器的偏振片时，平行于金属线栅排列的偏振光分量被偏振片的金属线栅反射，或因对金属线栅内部电子做功而被吸收，垂直于金属线栅排列的偏振光分量可以通过线栅，通过转动位于前侧的金属线栅偏振器，可以调节太赫兹波的强度，通过转动位于后侧的金属线栅偏振器，可以过滤掉不需要的偏振光，从而使入射的太赫兹波按照所需角度传播，所述高度调节模块设置在太赫兹偏振调节模块的连接框架下侧。
进一步的，所述太赫兹探测模块由位于左侧可旋转的金属线栅偏振器和位于右侧固定的金属线栅偏振器以及连接框架组成，所述高度调节模块设置在太赫兹探测模块的连接框架下侧。
进一步的，所述太赫兹探测模块中位于左侧的可旋转的金属线栅偏振器存在两种配置状态，一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅与过偏振器中心平面呈45度夹角，另一种配置状态下的金属线栅与上述状态一中金属线栅的分布方向垂直，这种设置得到两个相互垂直的太赫兹电场分量，即平面太赫兹偏振。
进一步的，所述太赫兹探测模块中位于右侧的可旋转的金属线栅偏振器的存在两种配置状态，一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅呈水平状态分布，另一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅呈竖直分布，这种设置可以最大效率探测太赫兹分量，。
进一步的，该系统的使用步骤如下：
步骤一，将待测晶体样品固定在可旋转样品架中部，并将可旋转样品架移动至超导磁体内部，调节待测晶体样品的位置，使待测晶体样品位于水平光学窗口和垂直光学窗口的中心连线处；
步骤二，将太赫兹探测模块中位于左侧的可旋转的金属线栅偏振器调节为第一种配置状态，通过转动太赫兹偏振调节模块的两个可独立旋转的金属线栅偏振器来调节太赫兹波的强度和确定所需入射光的角度，使照射在待测晶体样品的太赫兹波按照计算的角度值入射；
步骤三，启动设备产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲依次通过太赫兹偏振调节模块、待测晶体样品和太赫兹探测模块，并通过相关设备获取所需的光谱数据；
步骤四，通过可旋转样品架调节待测晶体样品的角度，重复步骤二和步骤三，并通过相关设备获取所需的光谱数据，这种操作是为了获取太赫兹波与磁场平行的前提下，待测样品晶向与太赫兹波矢、偏振和磁场方向之间的关系；
步骤五，通过高度调节模块调节太赫兹偏振调节模块和太赫兹探测模块的位置，使太赫兹偏振调节模块的金属线栅偏振器中心与位于超导磁体上侧的反射板在同一水平线上，且使太赫兹探测模块的金属线栅偏振器和位于超导磁体下侧的反射板在同一水平线上，通过角度调节模块调节两侧反射板的倾斜角度，使太赫兹光波能够照射在待测样品表面，重复步骤二、步骤三和步骤四即可，这种操作是为了获取太赫兹波与磁场垂直的前提下，待测样品晶向与太赫兹波矢、偏振和磁场方向之间的关系。
本发明具有如下有益效果：
与现有技术相比，通过设有的超导磁体、水平光学窗口、垂直光学窗口、高度调节模块和角度调节模块，可以利用低温超导磁体的水平光学窗口和垂直光学窗口，设计磁场垂直和平行于太赫兹光传播方向两种几何配置的光路，进而便于探测太赫兹波矢、偏振、磁场方向和待测样品晶向的多种参数组合模式下待测样品材料磁电耦合的微观机理；
与现有技术相比，通过设有的太赫兹偏振调节模块，太赫兹波通过金属线栅偏振器的偏振片时，平行于金属线栅排列的偏振光分量被偏振片的金属线栅反射，或因对金属线栅内部电子做功而被吸收，垂直于金属线栅排列的偏振光分量可以通过线栅，在样品前侧设置由两个可独立旋转的金属线栅偏振器的太赫兹偏振调节模块，不仅可以调节太赫兹波的强度，同时可以确定所需的太赫兹入射光角度；
与现有技术相比，通过设有的太赫兹探测模块，可以根据实际测量中的探测晶体的晶向和探测光偏振，调节太赫兹探测模块中的金属线栅偏振器的配置状态，有利于最大效率探测太赫兹分量，得到两个相互垂直的太赫兹电场分量，即平面太赫兹偏振。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统的整体结构示意图；
图2为本发明一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统太赫兹探测模块在一种配置状态下的光学原理图；
图3为本发明一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统太赫兹探测模块在另一种配置状态下的光学原理图；
图4为金属线栅偏振器工作原理示意图。
图中：1、超导磁体；2、可旋转样品架；3、太赫兹偏振调节模块；4、太赫兹探测模块；5、高度调节模块；6、反射板；7、角度调节模块；8、水平光学窗口；9、垂直光学窗口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-3所示，一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，包括超导磁体1和可旋转样品架2，可旋转样品架2安装在超导磁体1的中部，在超导磁体1的左侧和右侧分别设有太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4，且在太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4的下侧均开设有高度调节模块5，超导磁体1的上侧和下侧均设有反射板6，且反射板6外侧均设有角度调节模块7，超导磁体1的左端和右端中部对称开设有水平光学窗口8，且超导磁体1的上端和下端中部对称开设有垂直光学窗口9。
水平光学窗口8的中心点与可旋转样品架2的中心点在同一直线上。
通过采用上述技术方案：可以利用低温超导磁体1的水平光学窗口8和垂直光学窗口9，设计磁场垂直和平行于太赫兹光传播方向两种几何配置的光路，当太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4与超导磁体1的水平光学窗口8在同一水平线上时，通过调节可旋转样品架2，可以调节待测晶体样品的倾斜角度，从而可以在探测在磁场方向与太赫兹波方向平行的状态时，待测样品材料磁电耦合的微观机理。
实施例2
如图1-3所示，一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，包括超导磁体1和可旋转样品架2，可旋转样品架2安装在超导磁体1的中部，在超导磁体1的左侧和右侧分别设有太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4，且在太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4的下侧均开设有高度调节模块5，超导磁体1的上侧和下侧均设有反射板6，且反射板6外侧均设有角度调节模块7，超导磁体1的左端和右端中部对称开设有水平光学窗口8，且超导磁体1的上端和下端中部对称开设有垂直光学窗口9。
垂直光学窗口9的中心点与可旋转样品架2的中心点和反射板6的中心点均在同一直线上。
通过采用上述技术方案：通过高度调节模块5调节太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4的安装高度，高度调节模块5可由直线导轨及其控制系统构成，使太赫兹偏振调节模块3的光学中心与位于超导磁体1上侧的反射板6中心在同一水平线上，使太赫兹探测模块4的光学中心与位于超导磁体1下侧的反射板6中心在同一水平线上，通过角度调节模块7调节两个反射板6的倾斜角度，角度调节模块7可由步进电机及其控制系统构成，此时，光路经上侧的反射板6反射后由超导磁体1上端的垂直光学窗口9射入，在穿过待测样品晶体后由超导磁体1下端的垂直光学窗口9射出，再经下侧的反射板6反射后进入太赫兹探测模块4，此时太赫兹波方向与磁场方向垂直，通过调节可旋转样品架2，可以调节待测晶体样品的倾斜角度，从而可以在探测在磁场方向与太赫兹波方向垂直的状态时，待测样品材料磁电耦合的微观机理。
实施例3
如图1-3所示，一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，包括超导磁体1和可旋转样品架2，可旋转样品架2安装在超导磁体1的中部，在超导磁体1的左侧和右侧分别设有太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4，且在太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4的下侧均开设有高度调节模块5，超导磁体1的上侧和下侧均设有反射板6，且反射板6外侧均设有角度调节模块7，超导磁体1的左端和右端中部对称开设有水平光学窗口8，且超导磁体1的上端和下端中部对称开设有垂直光学窗口9。
太赫兹偏振调节模块3由两个可独立旋转的金属线栅偏振器和连接框架组成，且两个可独立旋转的金属线栅偏振器的中心在同一水平线上，高度调节模块5设置在太赫兹偏振调节模块3的连接框架下侧。
太赫兹探测模块4由位于左侧可旋转的金属线栅偏振器和位于右侧固定的金属线栅偏振器以及连接框架组成，高度调节模块5设置在太赫兹探测模块4的连接框架下侧。
太赫兹探测模块4中位于左侧的可旋转的金属线栅偏振器存在两种配置状态，一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅与过偏振器中心平面呈45度夹角，另一种配置状态下的金属线栅与上述状态一中金属线栅的分布方向垂直。
太赫兹探测模块4中位于右侧的可旋转的金属线栅偏振器的存在两种配置状态，一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅呈水平状态分布，另一种配置状态是金属线栅偏振片的金属线栅呈竖直分布。
通过采用上述技术方案：通过设有的太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4，太赫兹波通过金属线栅偏振器的偏振片时，平行于金属线栅排列的偏振光分量被偏振片的金属线栅反射，或因对金属线栅内部电子做功而被吸收，垂直于金属线栅排列的偏振光分量可以通过线栅，在样品前侧设置由两个可独立旋转的金属线栅偏振器的太赫兹偏振调节模块3，不仅可以调节太赫兹波的强度，同时可以确定所需的太赫兹入射光角度，同时可以根据实际测量中的探测晶体的晶向和探测光偏振，调节太赫兹探测模块4中的金属线栅偏振器的配置状态，有利于最大效率探测太赫兹分量，得到两个相互垂直的太赫兹电场分量，即平面太赫兹偏振。
需要说明的是，本发明为一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统，在使用时，将待测晶体样品固定在可旋转样品架2中部，并将可旋转样品架2移动至超导磁体1内部，调节待测晶体样品的位置，使待测晶体样品位于水平光学窗口8和垂直光学窗口9的中心连线处，将太赫兹探测模块4中位于左侧的可旋转的金属线栅偏振器调节为第一种配置状态，通过转动太赫兹偏振调节模块3的两个可独立旋转的金属线栅偏振器来调节太赫兹波的强度和确定所需入射光的角度，使照射在待测晶体样品的太赫兹波按照计算的角度值入射，启动设备产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲依次通过太赫兹偏振调节模块3、待测晶体样品和太赫兹探测模块4，并通过相关设备获取所需的光谱数据，通过可旋转样品架2调节待测晶体样品的角度，重复步骤二和步骤三，并通过相关设备获取所需的光谱数据，通过高度调节模块5调节太赫兹偏振调节模块3和太赫兹探测模块4的位置，使太赫兹偏振调节模块3的金属线栅偏振器中心与位于超导磁体1上侧的反射板6在同一水平线上，且使太赫兹探测模块4的金属线栅偏振器和位于超导磁体1下侧的反射板6在同一水平线上，通过角度调节模块7调节两侧反射板6的倾斜角度，使太赫兹光波能够照射在待测样品表面，重复步骤二、步骤三和步骤四即可。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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