液氦杜瓦瓶在磁光實(shí)驗中的應用

近年來(lái)晶體中磁光效應的研究，特別是半導體中磁光效應的實(shí)驗研究有了很大的發(fā)展，它已成為研究晶體中能帶結構的重要實(shí)驗方法之一.為進(jìn)行窄禁帶半導體磁光效應的研究，我們研制了的液氦杜瓦瓶.本文簡(jiǎn)要介紹液氦杜瓦瓶的結構和主要性能.
二結構
液氦杜瓦瓶的結構見(jiàn)圖1所示.液氦杜瓦瓶以不銹鋼和紫銅為材料，分為三層：內層液氦容器采用壁厚為0.3毫米不銹鋼圓筒，全長(cháng)946毫米.上部圓筒長(cháng)700毫米，直徑為90.7毫米；下部插入磁場(chǎng)中心區圓筒長(cháng)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構裝配起來(lái)的，全長(cháng)948毫米.液氮槽的內、外圓筒均用1毫米厚紫銅板卷焊而成，長(cháng)678毫米，內圓筒直徑為122毫米，外圓筒直徑為176毫米.防輻射屏圓筒長(cháng)270毫米，直徑為30毫米，側面開(kāi)兩個(gè)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(cháng)718毫米，直徑為206毫米，其下部亦為可拆卸裝配結構，可拆卸部分圓筒長(cháng)256毫米，直徑為40毫米，側面有兩個(gè)直徑為25毫米的通光窗口，窗口采用可拆卸真空橡皮O圈密封窗片的結構，外層杜瓦瓶全長(cháng)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(shí)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，結構如
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(guò)檢漏.總裝配時(shí)層間用真空橡皮與法蘭盤(pán)O圈密封相連接，夾層間抽真
在內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(jiàn)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.如每次連續實(shí)驗工作10小時(shí)以上，只需灌人2升液氦，平均液氦蒸發(fā)率≤0.2升/小時(shí).
2.由于杜瓦瓶下部采用了可拆卸裝配結構，安裝和更換樣品時(shí)杜瓦瓶夾層放氣后，只需拆卸下部部件7，8(見(jiàn)圖1)，操作方便，換樣品后夾層需重新抽真空，通常實(shí)驗要求預冷前夾層真空度達~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<5×10-3毫米汞柱).如果不更換樣品，平時(shí)杜瓦瓶夾層保持在真空中，只需在預冷前短時(shí)間抽真空即可達到上述要求.
3.樣品在真空中絕熱，通過(guò)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(jiàn)一紅外整個(gè)寬波段內進(jìn)行，可以根據不同實(shí)驗要求隨時(shí)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(guò)，我們已使用過(guò)玻璃、石英、氯化鈉、氟化鈣等不同材料窗片研究稀土、半導體晶休等在可見(jiàn)與紅外不同波段的磁光效應，效果良好。
 5.此液氦杜瓦瓶與實(shí)驗室自行設計的均勻度為10-4電磁鐵配合使用，當磁極間距為42毫米時(shí)，磁場(chǎng)強度可達10千高斯.本實(shí)驗裝置適用于低場(chǎng)下連續自旋反轉受激喇曼散射研究和法拉第效應，帶間和自由載流子磁光吸收等效應的研究，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(chǎng)下磁光效應可用的超導磁體及光學(xué)杜瓦瓶系統將在另一文章中介紹).