[发明专利]可测量物质在超高压条件下的二次谐波的装置及其应用

说明书

本发明公开了一种可测量物质在超高压条件下的二次谐波的装置，包括激光激发部，提供入射激光，并将入射激光转换为偏振光；显微光路部，改变所述偏振光的光路，至该偏振光聚焦到待测样品上，激发二次谐波并使该二次谐波沿入射激光原光路返回；载物部，包含金刚石对顶砧压机，以放置并固定待测样品；以及信号接收部，接收显微光路部中返回的二次谐波的激光信号并将该激光信号转换成电信号。通过该装置，在改变环境压力的情况下，排除外界干扰从而准确无误的采集粉末样品的二次谐波强度随压力的变化以及变压下单晶样品的二次谐波强度随入射激光极化角度的变化，最终实现在DAC内原位高压二次谐波测量。本发明还公开了测量物质在超高压条件下的二次谐波的方法。

技术领域

本发明涉及极端条件下非线性光学原位测量的技术领域。更具体地，涉及一种可测量物质在超高压条件下的二次谐波的装置及其应用。

背景技术

金刚石对顶砧(Diamond Anvil Cell,简称DAC)是目前唯一能够产生百万大气压静态压力的科学装置，是高压科学与技术研究领域中最重要的科学仪器。近些年来，利用DAC上各种原位测量方法，人们已经发现了很多压力诱导的奇异物性，获得了有关原子排列结构，晶格振动模式，电子能级结构等在内的重要物理学参量，了解了众多物质在超高压的环境下的结构，电学，光学，化学键等物理性质。然而，时至今日，DAC内的二次谐波的测量依然处于起步阶段。由于二次谐波的测量具有诸多不确定性因素，目前很少有在DAC装置中测试样品二次谐波的工作。如果可以实现高压下样品二次谐波的测量，不仅可以推动高压下非线性光学领域的进步，同时，与高压下其他测试方法的结合，更加有利于为高压科学研究提供更宽广的视域，将有更多的新奇的高压现象被揭示，推动高压科学的发展。

在DAC上实现高压原位二次谐波测量，对于众多科学研究都具有重要意义。在结构化学的层面上，只有结晶于非中心对称的点群才会具有二次谐波效应，因此，在DAC中实现二次谐波的原位检测可以很好的鉴定材料的结构信息，该技术会成为高压下重要的中心-非心结构判定手段。除此之外，二次谐波也是一种高灵敏度的探测少数磁性半导体中细微磁序的方法，高压下光学二次谐波与磁学性质的结合将会更好的拓展高压下的新奇物理现象，而且高压下光学二次谐波与磁学性质的结合现在依然是个空白。最后，高压下光学二次谐波与铁电，压电，热释电等性质的结合将有利于更好地探索新型光电功能材料，同时为探究材料结构性能关系提供一个新的思路。

虽然DAC中的高压原位二次谐波测量有着如此重要的意义，但是极少有科研工作者实现了高压原位二次谐波测试，相关工作的报道可谓少之又少。最早的高压原位二次谐波测量是在1997年，Simon等人通过使用Mao-Bell型DAC,测试了SiO₂的原位二次谐波变化，但是由于装备技术受限，实验结果仅在30GPa的压力范围内采集了10个点的数据，而且从数据的变化趋势来看可信度并不高。随后，Bayarjargal等人对该方法进行了改进，并测试了ZnO,Cr₂O₃等材料的高压原位二次谐波相应，可是测试方式基本参考Simon等人的方法，因此测试的结果依然很模糊，很难说明二次谐波的变化趋势。与此同时，压力下测试材料二次谐波强度随入射激光极化角度变化的工作依然是空白。材料的二次谐波强度随入射激光极化角度的变化可以直观的反应材料内部基元的信息，引入压力以后可以反应材料随压力变化而引发的结构变化，但目前还未有可以实现该工作的高压设备。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可测量物质在超高压条件下的二次谐波的装置，通过该装置，在改变环境压力的情况下，排除外界干扰(如样品厚度，环境光等因素)从而准确无误的采集粉末样品的二次谐波强度随压力的变化以及变压下单晶样品的二次谐波强度随入射激光极化角度的变化，最终实现在DAC内原位高压二次谐波测量。

本发明的另一个目的在于提供一种测量物质在超高压条件下的二次谐波的方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种可测量物质在超高压条件下的二次谐波的装置，包括：