一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置制造方法
【專利摘要】一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置，由樣品室、制冷模塊、加熱模塊三部分組成，所述的樣品室采用嵌入式艙體機構，艙體前、后設帶螺紋的旋蓋，旋蓋中心預留無介質孔洞窗口，樣品室側面預留熱電偶的插孔，樣品室上方液氮入口連接液氮杜瓦瓶，液氮出口連接液氮自吸泵；樣品室下方的加熱模塊內(nèi)的發(fā)熱體與可控硅執(zhí)行器相連，熱電偶與溫控儀相連，溫控儀與可控硅執(zhí)行器相連；樣品置于樣品室內(nèi)，通過前后的旋蓋固定，使樣品與艙體內(nèi)表面緊密接觸，先恒定液氮自吸泵的流速，使樣品室的溫度達到-195℃最低溫度，再通過溫控儀與可控硅執(zhí)行器自動控制發(fā)熱體的功率，使樣品室達到設定溫度和設定的升溫速率，插孔內(nèi)安裝PT100熱電阻用于反饋樣品室溫度。
【專利說明】一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲光譜儀測試【技術領域】，特別涉及一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場
裝直。
【背景技術】
[0002]太赫茲光譜是指頻率范圍在0.1~IOTHz的電磁波。20世紀80年代之前，這一領域的研究幾乎空白，被稱為“ΤΗζ空隙”。近年來，THz波的產(chǎn)生和探測技術取得突破，THz光譜已經(jīng)在物質結構表征、材料電磁響應研究、生物醫(yī)學成像、安全檢測等研究領域得到了較多的應用，該波段的研究已成為21世紀最前沿的學科領域之一。
[0003]目前市售的太赫茲時域光譜儀只能在室溫下開展材料在THz波段的頻譜特性研究。受制于THz波段電磁響應及其溫場等場環(huán)境的不可調(diào)控，這些研究對物理機制的探討還不夠系統(tǒng)和深入。因此開發(fā)溫場調(diào)控裝置，使材料的結構或(和)性質發(fā)生類似相變或化學反應，如金屬-絕緣體相變、鐵電-順電相變等，可以系統(tǒng)的研究太赫茲波的電磁響應，以及場環(huán)境對材料太赫茲光學性質的調(diào)節(jié)。將對于太赫茲波段材料和電磁波的相互作用機理研究和新材料、新器件開發(fā)提供技術手段有較大的開拓意義。
[0004]通過廣泛文獻調(diào)研與市場調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)太赫茲光譜系統(tǒng)溫場調(diào)控裝置尚未有相關文獻報道，國際上也沒有 成熟商業(yè)產(chǎn)品出售。
[0005]Linkam公司是目前全球最知名的變溫裝置供應商，TS-600變溫臺在拉曼光譜儀等光學儀器得到廣泛應用，可以實現(xiàn)不同氣氛中-190~600°C的變溫調(diào)控，每臺售價高達十幾萬元RMB。但其不能滿足THz時域光譜的要求，原因如下:1.介質窗口設計，不能滿足太赫茲光譜透射、反射光路需求；2.臥式結構，無法在水平光路中測試；3.體積較大(長X寬X高=250 X 150 X 35mm)，不能放入太赫茲光譜系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置，本發(fā)明采用熱傳導式的導熱結構設計，裝置包括樣品室、制冷模塊、加熱模塊三個部分，三部分為一體式結構，采用導熱系數(shù)大于400W/mK的高導熱系數(shù)材料制成，樣品室采用嵌入式艙體機構，艙體前、后設帶螺紋的旋蓋，旋蓋中心預留無介質孔洞窗口，窗口直徑小于旋蓋厚度，以保持窗口周圍良好的溫場，樣品通過前后旋蓋固定，并與艙體保持緊密接觸，以達到良好的導熱效果。旋蓋采用螺紋方式，可以滿足不同尺寸樣品調(diào)節(jié)的需求，同時使樣品與變溫臺保持相對固定，滿足變溫臺不同角度安裝以及測試旋轉時樣品固定的需求。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0008]一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置，由樣品室2、制冷模塊1、加熱模塊6三部分組成，三者采用高導熱材料為一體式結構制成，樣品室2位于制冷模塊I和加熱模塊6之間；該裝置置于底座8上，裝置與底座8之間設置絕熱墊片7，[0009]所述的樣品室2采用嵌入式艙體機構，艙體前、后設帶螺紋的旋蓋3，旋蓋中心預留無介質孔洞窗口 4，窗口 4直徑小于旋蓋3厚度，樣品室2側面預留熱電偶的插孔5，安裝PT100熱電阻，
[0010]樣品室2上方的制冷模塊I采用內(nèi)嵌通道式封閉夾層設計，設置有液氮入口和出口，液氮入口連接液氮杜瓦瓶10，液氮出口連接液氮自吸泵9 ;
[0011]樣品室3下方的加熱模塊6由發(fā)熱體13與中心傳熱體14組成，發(fā)熱體13外包覆耐熱絕緣涂層，發(fā)熱體13與可控硅執(zhí)行器12相連，熱電偶5與溫控儀11相連，溫控儀11與可控硅執(zhí)行器12相連。
[0012]本發(fā)明具有如下技術優(yōu)點:
[0013]1.無介質材料窗口 4的設計。該裝置窗口無任何介質材料,不會對太赫茲波產(chǎn)生反射與吸收。滿足太赫茲光譜透射、反射光路需求。
[0014]2.樣品在三維空間可任意旋轉，滿足空間任意方向光路的測試。由于樣品通過帶有螺紋的旋蓋固定于樣品艙內(nèi)，樣品與裝置相對固定，該裝置在空間任意角度旋轉，樣品都不會脫落，并與樣品室保持良好導熱與相對固定。
[0015]3.該裝置外觀尺寸小，方便安裝于太赫茲光路系統(tǒng)中。
[0016]4.該裝置控溫原理簡單，可操作性強，成本低，控溫精度高。
[0017]本發(fā)明實現(xiàn)了太赫茲光譜不同溫度場下的測試，溫度調(diào)節(jié)范圍為-190?300°C，升溫速率為0.1-200C /min，控溫精度為±0.1°C，尺寸樣品范圍為Φ3-10πιπι，厚度為l_5mm為。本發(fā)明拓展了太赫茲光譜儀的研究領域與應用范圍。
[0018]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0019]圖2是GdFe03陶瓷不同溫度太赫茲波透過譜與發(fā)射譜。
[0020]具體實施方法
[0021 ] 下面通過附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0022]一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置，由樣品室2、制冷模塊1、加熱模塊6三部分組成，三者采用高導熱材料為一體式結構制成，樣品室2位于制冷模塊I和加熱模塊6之間；該裝置置于底座8上，裝置與底座8之間設置絕熱墊片7，實現(xiàn)裝置與太赫茲光路平臺絕熱，裝置外設高效保溫層，使外壁溫度處于10?35°C之間，確保置于光路中時，不對太赫茲光譜儀系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
[0023]所述的樣品室2采用嵌入式艙體機構，艙體前、后設帶螺紋的旋蓋3，旋蓋中心預留無介質孔洞窗口 4，窗口 4直徑小于旋蓋3厚度，以保持窗口周圍良好的溫場。裝入樣品后，通過前后旋蓋3使樣品與艙體內(nèi)表面緊密接觸，保持對樣品良好的導熱效果。旋蓋采用螺紋方式，可以滿足不同尺寸樣品的需求，調(diào)節(jié)旋蓋螺紋可以使不同尺寸樣品與艙體均保持緊密接觸，保證良好導熱效果，同時使樣品與變溫臺保持相對固定，滿足變溫臺不同角度安裝以及測試旋轉時使樣品固定的需求。樣品室2側面預留熱電偶的插孔5，安裝PT100熱電阻，用于反饋樣品室溫度。
[0024]樣品室2上方的制冷模塊I采用內(nèi)嵌通道式封閉夾層設計，設置有液氮入口和出口，液氮入口連接液氮杜瓦瓶10，液氮出口連接液氮自吸泵9，液氮通過自吸泵9從制冷模塊的嵌入式通道內(nèi)流過，達到冷卻的效果，調(diào)節(jié)自吸泵流量以調(diào)節(jié)制冷模塊冷卻速率。
[0025]樣品室3下方的加熱模塊6由發(fā)熱體13與中心傳熱體14組成，發(fā)熱體13外包覆耐熱絕緣涂層，發(fā)熱體13與可控硅執(zhí)行器12相連，熱電偶5與溫控儀11相連，溫控儀11與可控硅執(zhí)行器12相連；采用溫控儀11與可控硅執(zhí)行器12自動控制發(fā)熱體功率，調(diào)控加熱模塊的升溫速率。
[0026]本發(fā)明的工作原理為:
[0027]樣品置于樣品室2內(nèi)，通過前后的旋蓋3固定，使樣品與艙體內(nèi)表面緊密接觸，旋蓋3采用螺紋方式，可以滿足不同尺寸樣品調(diào)節(jié)的需求，同時使樣品與變溫臺保持相對固定，滿足變溫臺不同角度安裝以及測試旋轉時樣品固定的需求，測試時，首先恒定液氮自吸泵9的流速，使樣品室2的溫度達到_195°C最低溫度，再通過溫控儀11與可控硅執(zhí)行器12自動控制發(fā)熱體13的功率，使樣品室達到設定溫度和設定的升溫速率。插孔5內(nèi)安裝PT100熱電阻，用于反饋樣品室溫度。
實施例:
[0028]采用本發(fā)明，在-130?130°C條件下，對Φ 10X2mm的鐵酸釓(GdFe03)陶瓷的太赫茲透射譜和發(fā)射譜進行測試，測試結果如附圖2所示。結果表明，隨溫度降低，躍遷頻率藍移，且頻率與溫度近似符合拋物線關系。
【權利要求】
1.一種調(diào)控太赫茲光譜儀溫度場裝置，其特征在于，由樣品室(2)、制冷模塊(I)、加熱模塊(6)三部分組成，三者采用高導熱材料為一體式結構制成，樣品室(2)位于制冷模塊(I)和加熱模塊(6)之間；該裝置置于底座(8)上，裝置與底座(8)之間設置絕熱墊片(7)，所述的樣品室(2)采用嵌入式艙體機構，艙體前、后設帶螺紋的旋蓋(3)，旋蓋中心預留無介質孔洞窗口(4)，窗口(4)直徑小于旋蓋(3)厚度，樣品室(2)側面預留熱電偶的插孔(5)，安裝PTlOO熱電阻， 樣品室(2)上方的制冷模塊I采用內(nèi)嵌通道式封閉夾層設計，設置有液氮入口和出口，液氮入口連接液氮杜瓦瓶(10 )，液氮出口連接液氮自吸泵(9 )， 樣品室(3)下方的加熱模塊(6)由發(fā)熱體(13)與中心傳熱體(14)組成，發(fā)熱體(13)外包覆耐熱絕緣涂層，發(fā)熱體(13 )與可控硅執(zhí)行器(12 )相連，熱電偶(5 )與溫控儀(11)相連，溫控儀(11)與可控硅執(zhí)行器(12)相連。
【文檔編號】G05D23/20GK103616904SQ201310529702
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】席小慶, 傅曉建 申請人:清華大學