一种集成平台打光的低温测试方法及装置

本发明涉及低温材料光电测试，尤其是涉及一种集成平台打光的低温测试方法及装置。

背景技术：

1、低温环境下材料载流子浓度、晶格振动、杂质散射会改变材料电阻，低温电输运测试是解析材料本征电子行为的核心手段。在低温测试中叠加光学辐照，能够观测光电耦合效应、能带演化规律，为新型光电器件研发提供实验支撑。

2、以石墨烯、过渡金属硫族化合物为代表的二维材料红外光响应特性优异，光子可激发带间跃迁、激子效应，通过光致掺杂调控费米能级，改变材料输运特性。现有低温光辐照输运平台存在明显缺陷：

3、设备功能单一，多数低温光照系统无强磁场集成功能，具备强磁场的低温输运样品杆缺少配套光路、光纤打光结构，无法同步实现低温、强磁场、红外光照三物理场耦合测试；

4、现有光路无精细化调节结构，光纤与样品距离、平面光斑位置无法精准微调，抽真空、插杆振动易造成光纤偏移，光斑脱离样品，测试稳定性差；

5、缺乏适配低温真空腔体的密封光纤引入结构，普通光纤穿杆方式易出现真空泄漏，破坏低温腔体真空环境，无法满足低温强磁场测试密封要求。

6、综上，现有技术无法稳定、精准地在低温强磁场测试平台内完成中红外原位打光，限制了二维材料多场耦合量子效应的实验研究，亟须改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种集成平台打光的低温测试方法及装置，解决现有技术中存在的问题，实现低温强磁场腔体内部样品精准稳定中红外打光，同步完成材料电输运性能测试。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种集成平台打光的低温测试方法，包括以下步骤：

3、s1、预制光路调节组件：选取耐低温光纤，在波纹管两端分别连接第一法兰、第二法兰，多根长螺杆贯穿两法兰，组装高度调节基座；

4、s2、密封穿设光纤：光纤由三角固定架引入，依次穿过法兰盲板、波纹管、第二法兰并伸入低温输运测试杆内部；

5、s3、安装定位卡扣：在低温输运测试杆靠近样品台的内壁固定两段式弹簧自锁卡扣；

6、s4、光纤对位调节：旋转长螺杆上的调节螺母拉伸波纹管以抬升光纤；将装载样品的样品台固定于测试杆底部后，反向旋转螺母以压缩波纹管，调节光纤与样品的垂直间距；旋转弹簧卡扣调整光纤平面位置，弹簧卡扣锁定光纤位置；

7、s5、低温多场耦合打光测试：将装配完成的测试杆装入低温腔体，依次执行抽真空、降温、施加磁场操作，外部激光器与三脚架上的光纤接口连接并开启光源，通过调节螺母改变光纤高度，同步采集样品电学输运测试数据；

8、s6、样品更换收纳：测试完成后拉伸波纹管抬高光纤以更换样品，长期停机状态下松开法兰卡箍，抽出光纤并收纳至保护管。

9、本发明还提供了一种集成平台打光的低温测试装置，包括耐低温光纤、高度调节基座、低温输运测试杆、弹簧自锁卡扣组件、三角固定架及真空密封组件；

10、所述高度调节基座固定在低温输运测试杆上端，弹簧自锁卡扣组件设于低温输运测试杆内腔靠近样品台位置，耐低温光纤依次贯穿高度调节基座、低温输运测试杆内腔并由弹簧自锁卡扣组件限位。

11、优选的，所述高度调节基座包括第一法兰、第二法兰、波纹管、长螺杆、带孔金属块，所述带孔金属块数量为六块，六块带孔金属块分别焊接在第一法兰、第二法兰的法兰卡箍外侧。

12、优选的，所述长螺杆的数量为三根，三根长螺杆平行贯穿对应带孔金属块，长螺杆两端装配调节螺母；波纹管两端分别对接第一法兰、第二法兰，第一法兰开设有光纤通孔，波纹管伸缩行程不小于1.5cm。

13、优选的，所述真空密封组件包括法兰盲板与真空密封胶，所述法兰盲板配套设置在光纤通孔处，所述真空密封胶填充于法兰盲板通孔与光纤外壁之间。

14、优选的，所述弹簧自锁卡扣组件包括固定底座、可旋转调节片、弹性弹簧，所述固定底座可拆卸安装于低温输运测试杆内壁，所述可旋转调节片铰接固定底座，所述弹性弹簧抵接固定底座与可旋转调节片，可旋转调节片中心设置穿设通孔。

15、优选的，所述三角固定架焊接于第一法兰外侧，所述三角固定架设置光纤耦合接口。

16、优选的，所述光纤为中红外光纤，光纤外层设有耐超低温防护涂层。

17、优选的，高度调节基座通过法兰卡箍锁紧固定于低温输运测试杆上端。

18、优选的，所述弹簧自锁卡扣安装在低温输运测试杆下端、距样品台1~3cm的内腔侧壁；光纤末端穿设于卡扣中心的穿设通孔内。

19、因此，本发明采用上述一种集成平台打光的低温测试方法及装置，技术效果如下：

20、1）改造通用性强：仅对现有标准低温输运测试杆加装光纤基座与卡扣，无需更换整套低温强磁场设备，大部分带法兰接口的样品杆均可适配，改造成本低；

21、2）多维度精准调位：通过螺杆螺母垂直调距+弹簧卡扣平面调位，可精准控制光斑位置，自锁结构大幅降低抽真空、插杆机械振动造成的光纤偏移，测试稳定性显著提升；

22、3）真空密封可靠：标准法兰+波纹管+密封胶多层密封结构，光纤穿杆位置无漏气，不破坏低温腔体高真空环境，满足低温测试工况；

23、4）多物理场同步测试：可在同一套设备内同步实现低温、强磁场、红外光照耦合，完整观测二维材料光电输运量子效应，拓展低温测试平台的实验功能；

24、5）光纤防护性好：可拆卸光纤结构，测试后可单独收纳，避免低温插拔、长期放置造成光纤弯折损耗，延长光路使用寿命。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种集成平台打光的低温测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种集成平台打光的低温测试装置，适用于权利要求1所述的方法，其特征在于：包括耐低温光纤、高度调节基座、低温输运测试杆、弹簧自锁卡扣组件、三角固定架及真空密封组件；

3.根据权利要求2所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述高度调节基座包括第一法兰、第二法兰、波纹管、长螺杆、带孔金属块，所述带孔金属块数量为六块，六块带孔金属块分别焊接在第一法兰、第二法兰的法兰卡箍外侧。

4.根据权利要求3所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述长螺杆的数量为三根，三根长螺杆平行贯穿对应带孔金属块，长螺杆两端装配调节螺母；波纹管两端分别对接第一法兰、第二法兰，第一法兰开设有光纤通孔，波纹管伸缩行程不小于1.5cm。

5.根据权利要求4所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述真空密封组件包括法兰盲板与真空密封胶，所述法兰盲板配套设置在光纤通孔处，所述真空密封胶填充于法兰盲板通孔与光纤外壁之间。

6.根据权利要求5所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述弹簧自锁卡扣组件包括固定底座、可旋转调节片、弹性弹簧，所述固定底座可拆卸安装于低温输运测试杆内壁，所述可旋转调节片铰接固定底座，所述弹性弹簧抵接固定底座与可旋转调节片，可旋转调节片中心设置穿设通孔。

7.根据权利要求6所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述三角固定架焊接于第一法兰外侧，所述三角固定架设置光纤耦合接口。

8.根据权利要求2所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述光纤为中红外光纤，光纤外层设有耐超低温防护涂层。

9.根据权利要求2所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：高度调节基座通过法兰卡箍锁紧固定于低温输运测试杆上端。

10.根据权利要求2所述的一种集成平台打光的低温测试装置，其特征在于：所述弹簧自锁卡扣安装在低温输运测试杆下端、距样品台1~3cm的内腔侧壁；光纤末端穿设于卡扣中心的穿设通孔内。