[发明专利]一种温度可变椭圆偏振仪样品室装置及其变温方法

说明书

技术领域

本发明属于光学电子器件技术领域，具体涉及一种温度可变椭圆偏振仪样品室装置及其变温方法。

背景技术

有些信息功能器件要求工作在一定的温度条件下，如各类光盘、磁盘、磁光盘在读写信息过程中就要通过激光加热的方法，使信息记录层达到一定的温度。而光盘、磁盘、磁光盘都是金属、介质层构成的多层膜结构，工作时各膜层工作在一定的温度条件下，甚至工作在一定的温度梯度下，即各膜层所处的温度各不同。在光信号传输过程中，各类光学滤波片也是由很多层不同折射率的介质构成，当工作温度变化时，介质的折射率会发生改变，这将导致滤波片性能变差。在多种情况下，信息器件的工作环境温度会发生变化，例如遨游在太空中的人造卫星，有时候会受到阳光的直接照射，温度会上升到200多摄氏度，而如果进入到地球的阴影区域，没有阳光照射时，温度又会降到零下200多摄氏度。因此在设计光学器件的过程中，必须考虑材料的光学常数随温度的变化关系。对各种信息功能材料，尤其是薄膜材料的光学常数以及光学常数随温度的变化规律的深入透彻的研究，是信息器件研究的迫切需要，对信息产业的发展至关重要。椭圆偏振光谱仪是获取各类材料光学常数的关键设备，为了能用椭圆偏振光谱仪获取各类材料在不同温度下的光学常数，必须为其配备具有可变温度功能的样品室。目前，在椭偏光谱测试中，应用变温样品室的用户仍不多，当前一些变温样品台采用低温液体直接接触制冷，这种情况下样品室的结构较为复杂，还有一种制冷方法是采用多孔微结构样品台，利用高压气体在多孔结构中通过时绝热膨胀制冷，这种情况的样品台制作工艺较复杂。因此寻找一种变温效果良好，制作较为简单的变温样品室装置具有很高的实用价值。本项发明就是在这一技术背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种变温效果良好，制作较为简单的温度可变椭圆偏振仪样品室装置及其变温方法。

本发明提出的温度可变椭圆偏振仪样品室装置，包括依次连接的气瓶，气阀，电磁阀，杜瓦瓶，样品室，样品台，加热电阻器，温度传感器，温度控制器等部分。气瓶可用钢瓶，或者其它类似容器，用于装载工作气体（例如氮气）。用输气管通过一个手动气阀将工作气体从气瓶中引出，再通过一个电磁阀与金属输气管连接，金属输气管穿过一个杜瓦瓶瓶塞进入杜瓦瓶，金属输气管在杜瓦瓶中的一头呈螺旋状。在杜瓦瓶中装入低温制冷液体（例如液氮），工作时，从螺旋状金属输气管中输出的工作气体将低温制冷液体加热，使一部分低温制冷液体挥发，形成低温制冷气体，低温制冷气体由另一支穿过杜瓦瓶瓶塞且有隔热层包裹的输气管注入到样品室。

所述样品室采用固体材料制成，分成上腔体和下腔体两部分。上腔体的下底面呈长方形, 腔内尺寸及壁厚可根据要求选择适当值，一般为5毫米到300毫米；上腔体侧面呈等腰梯形，高度可适当选择,一般选20毫米到60毫米。梯形的角度依据入射光的入射角而定，角度范围一般为10°～90°。在上腔体的两侧斜面以及上顶面上分别开有光学窗口,其中两侧的光学窗口分别用于入射光和反射光的进出，顶面的光学窗口用于光路准直。光学窗口材料为各向同性的透明材料。在上腔体的梯形侧面中央开有圆孔，用于抽真空或充填保护气体。下腔体呈长方体，腔内尺度及壁厚与上腔体匹配。在下腔体开口一面的腔壁中央刻有凹槽，凹槽部分用来填放橡胶密封圈。在下腔体两个侧面中央分别开有圆孔，用于制冷气体的进出，在剩下的侧面之一开两个圆孔，分别用于温度传感器导线以及加热电阻器导线的进出。下腔体用于放置样品台密封模块。

所述样品台由金属制成，例如选用铜或铝材料，台面部分为金属板，台面上侧放置样品，下侧配置导热叶片（如5--12片），叶片一般选用金属片，在叶片上还开有圆孔，以增加叶片与制冷气体的接触面。加热电阻器安装在紧贴台面下侧。在样品台周围包裹隔热材料（例如石棉），并封装成具有隔热保温作用的样品台密封模块，所述模块留有供输气管道及温度传感器和加热电阻器导线进出的开孔。密封好的样品台模块放入样品室下腔体内。

所述温度控制器可以自动获得样品室温度，样品室温度由内置温度传感器探测。通过探测温度与预设温度比较，温度控制器对控制工作气体流量的电磁阀，或者控制加热电阻器的电子开关进行接通或断开操作，实现自动控制温度的目的。

测量前，将待测样品装在样品台上。装完样品后，将样品室上腔体扣在样品室下腔体上，并用一种专门设计的夹具将两者压紧。

所述的变温方法分两种模式,即低温模式和高温模式，下面分别说明。