液氦杜瓦瓶在磁光實驗中的應(yīng)用

近年來晶體中磁光效應(yīng)的研究，特別是半導(dǎo)體中磁光效應(yīng)的實驗研究有了很大的發(fā)展，它已成為研究晶體中能帶結(jié)構(gòu)的重要實驗方法之一.為進(jìn)行窄禁帶半導(dǎo)體磁光效應(yīng)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(jié)構(gòu)和主要性能.
二結(jié)構(gòu)
液氦杜瓦瓶的結(jié)構(gòu)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(nèi)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(qū)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(jié)構(gòu)裝配起來的，全長948毫米.液氮槽的內(nèi)、外圓筒均用1毫米厚紫銅板卷焊而成，長678毫米，內(nèi)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(cè)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(jié)構(gòu)，可拆卸部分圓筒長256毫米，直徑為40毫米，側(cè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)如
全部接口采用氬弧焊技術(shù)，用氦質(zhì)譜檢漏儀對全部焊縫進(jìn)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(nèi)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(huán)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(nèi)的溫度梯度.各層的外表面在焊接前經(jīng)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(xù)實驗工作10小時以上，只需灌人2升液氦，平均液氦蒸發(fā)率≤0.2升/小時.
2.由于杜瓦瓶下部采用了可拆卸裝配結(jié)構(gòu)，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(yù)冷前夾層真空度達(dá)~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(dá)<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(yù)冷前短時間抽真空即可達(dá)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(nèi)進(jìn)行，可以根據(jù)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(dǎo)體晶休等在可見與紅外不同波段的磁光效應(yīng)，效果良好。
 5.此液氦杜瓦瓶與實驗室自行設(shè)計的均勻度為10-4電磁鐵配合使用，當(dāng)磁極間距為42毫米時，磁場強度可達(dá)10千高斯.本實驗裝置適用于低場下連續(xù)自旋反轉(zhuǎn)受激喇曼散射研究和法拉第效應(yīng)，帶間和自由載流子磁光吸收等效應(yīng)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(yīng)可用的超導(dǎo)磁體及光學(xué)杜瓦瓶系統(tǒng)將在另一文章中介紹).