[实用新型]磁性液体磁致小角背散射光变化测量仪

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种材料科学凝聚态物理实验设备领域，尤其涉及一种磁性液体磁致小角背散射光变化测量仪。

背景技术

磁性液体是一种常温常压下，在纳米技术基础上人工合成的液态磁性功能材料。磁性液体对外磁场具有响应，在微观上，磁性液体中的纳米颗粒会因外磁场的影响发生特定运动最终形成微米级的场致平衡态团聚体结构，进而在宏观上产生了场致物理性质的变化。磁性液体具有的弛豫性（时域变化）的场致效应之一就是磁致光透射变化。利用磁性液体磁致光透射变化测量仪（实用新型专利，专利号200320114583.8）测量透射光及其变化来研究磁性液体微观结构和变化主要是利用了磁性液体微米级团聚结构的几何屏蔽效应（J. Li, X. D. Liu, Y. Q. Lin, et al. Appl. Phys. Lett., 91 (2007) 253108），这种方式中磁性液体10~100nm量级的团聚结构及其变化并没有充分显示。实验所测得的透射光强度为直接透过的光和小角散射光强度之和，而小角散射光包含了丰富的10~100nm量级的团聚结构及其变化的信息，并且小角散射光有成熟的理论基础，可以很方便地对微结构尺寸、分布进行定量计算，特别是小角背散射光的测量，可避免直接透过光的影响，仅获得散射光及其变化信息，因此，分离出小角散射光并专门进行研究对磁性液体场致微观结构的研究具有重要的意义。由于磁性液体背散射光很弱，再加上室温、背景光的变化，都会影响测量的准确，因此相应的测量仪器应具有背散射光损失小、高灵敏度和高的稳定性，对磁性液体磁致背光散射及其变化的测量具有十分重要的意义。磁性液体的微观结构极为强烈地受到外加磁场的影响，除了磁场大小外还有磁场的扫描率和交变频率有关，因此电磁铁电流源及其控制系统的时域变化功能地扩充，使得控制磁场具有更多变化模式，对扩展磁性液体磁致背散射光变化的研究范围也是十分重要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种磁性液体磁致小角背散射光变化测量仪，该测量仪针对在由程序控制的时域变化的磁场下，磁性液体的小角背散射光变化精确测定的需要，提供减小小角背散射光损失并可排除外界干扰所引起的测量误差的精确测量系统。采用差动测量原理，设计构成了磁性液体磁致光小角背散射变化测量仪，用于测量磁场中磁性液体的小角背散射变化。

本实用新型的技术方案如下：一种磁性液体磁致小角背散射光变化测量仪，其特征在于它由光源L、起偏器P、分光镜S、检偏器A1和A2、1/2波片W21和W22、偏振耦合镜C1和C2、1/4波片W41和W42、光电探头D1和D2、电磁铁M、压控双极性电流源E、差动放大器H、测试样品TS、参考样品RS、特斯拉计T和计算机PC构成，其特征是光源L产生的一束光通过起偏器P后由分光镜S将其分为测试光束和参考光束，测试光束器件依入射方向排列为检偏器A1、1/2波片W21、偏振耦合镜C1、1/4波片W41、电磁铁、测试样品TS，光电探头D1对准小角背散射光在偏振耦合镜C1上的反射方向，参考光束器件依入射方向排列为检偏器A2、1/2波片W22、偏振耦合镜C2、1/4波片W42、参考样品RS，光电探头D2对准小角背散射光在偏振耦合镜C2上的反射方向，光电探头D1和D2的输出与差动放大器H的输入端连接，差动放大器H的输出端与计算机PC连接，特斯拉计T的探头TP固定在电磁铁M极靴间隙中，其输出端口与计算机PC连接，计算机PC输出端与压控双极性电流源E的输入端连接，压控双极性电流源E的输出端与电磁铁M连接。

所述光源采用氦氖激光器，或半导体激光器，或白炽光。

所述采用电压控制的双极性电流源E、特斯拉计T和计算机PC组成的闭环控制方式对电磁铁M的磁场进行精确控制。

1. 光路方案

光源L产生一束光，通过起偏器P后由分光镜S将其分为两束光，一束为测试光束，另一束为参考光束。测试光束通过检偏器A1的调节，通过1/2波片W21调节偏振态，再通过偏振耦合镜C1和1/4波片W41后，在磁场中的磁性液体测试样品TS中发生散射，其小角背散射光沿原路返回，通过1/4波片W41，在偏振耦合镜C1上发生高效反射以减小散射光的损失，最后被反射的散射光由光电探头D1探测。参考光束的光路与测试光束光路完全相同，只是在参考光路中磁性液体参考样品没有外加磁场。

2. 测试方案

(1) 在计算机控制和数据处理系统PC上编写磁场控制程序，受控的电磁铁M可实现以下基本变化：

①        定时加磁场，定时退磁场