磁光实验用液氦杜瓦瓶

 
近年来晶体中磁光效应的研究，特别是半导体中磁光效应的实验研究有了很大的发展，它已成为研究晶体中能带结构的重要实验方法之一.为进行窄禁带半导体磁光效应的研究，我们研制了专用的液氦杜瓦瓶.本文简要介绍液氦杜瓦瓶的结构和主要性能.
二结构
液氦杜瓦瓶的结构见图1所示.液氦杜瓦瓶以不锈钢和紫铜为材料，分为三层：内层液氦容器采用壁厚为0.3毫米不锈钢圆筒，全长946毫米.上部圆筒长700毫米，直径为90.7毫米；下部插入磁场中心区圆筒长246毫米，直径为20毫米.液氦容器底部与紫铜恒温块连接.中层是用紫铜材料做成的液氮槽和防辐射屏，两者是用可拆卸的结构装配起来的，全长948毫米.液氮槽的内、外圆筒均用1毫米厚紫铜板卷焊而成，长678毫米，内圆筒直径为122毫米，外圆筒直径为176毫米.防辐射屏圆筒长270毫米，直径为30毫米，侧面开两个直径为10毫米的通光圆孔。外层用厚为2毫米的不锈钢板卷焊成，圆筒长718毫米，直径为206毫米，其下部亦为可拆卸装配结构，可拆卸部分圆筒长256毫米，直径为40毫米，侧面有两个直径为25毫米的通光窗口，窗口采用可拆卸真空橡皮O圈密封窗片的结构，外层杜瓦瓶全长为974毫米.
由于液氦杜瓦瓶下部三层圆筒的间隙较小，装配时层间用定位套圈支撑以防止层间直接接触漏热。定位套圈用有机玻璃材料做成，结构如
全部接口采用氩弧焊技术，用氦质谱检漏仪对全部焊缝进行过检漏.总装配时层间用真空橡皮与法兰盘O圈密封相连接，夹层间抽真
在内层液氦容器上部离圆筒口约30毫米处的筒外壁套焊一紫铜圆环与液氮槽相连接(见图1，部件3)，以使液氦容器该处处于液氮温度，减小液氦容器内的温度梯度.各层的外表面在焊接前经机械抛光，以增加其对辐射热流的反射能力。

三 主要特性
1.液氦容器最大容量为4.5升，用液氮冷却，液氮槽的最大容量为8升.如每次连续实验工作10小时以上，只需灌人2升液氦，平均液氦蒸发率≤0.2升/小时.
2.由于杜瓦瓶下部采用了可拆卸装配结构，安装和更换样品时杜瓦瓶夹层放气后，只需拆卸下部部件7，8(见图1)，操作方便，换样品后夹层需重新抽真空，通常实验要求预冷前夹层真空度达~5×10-²毫米汞柱以上即可
(用液氮冷却后，夹层真空度就可达<5×10-3毫米汞柱).如果不更换样品，平时杜瓦瓶夹层保持在真空中，只需在预冷前短时间抽真空即可达到上述要求.
3.样品在真空中绝热，通过与紫铜恒温块直接接触(例如钢焊)而冷却.由于窗口热辐射等影响，紫铜恒温块温度为9一10K.
4.光谱测量范围可在紫外一可见一红外整个宽波段内进行，可以根据不同实验要求随时更换一对中25毫米可拆卸O圈密封窗片，使不同波段的光透过，我们已使用过玻璃、石英、氯化钠、氟化钙等不同材料窗片研究稀土、半导体晶休等在可见与红外不同波段的磁光效应，效果良好。
 5.此液氦杜瓦瓶与实验室自行设计的均匀度为10-4电磁铁配合使用，当磁极间距为42毫米时，磁场强度可达10千高斯.本实验装置适用于低场下连续自旋反转受激喇曼散射研究和法拉第效应，带间和自由载流子磁光吸收等效应的研究，也可用于液氦温度下一般光谱的研究工作，如光吸收谱等(强磁场下磁光效应可用的超导磁体及光学杜瓦瓶系统将在另一文章中介绍).