一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统

技术领域

本发明涉及二维材料器件测试技术领域，具体为一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统。

背景技术

二维材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度上自由运动(平面运动)的材料，是伴随着石墨烯而提出的，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。二维材料具有原子层级厚度，其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，表现出诸多优异的电学、光学、力学、热学、磁学等性质，覆盖了半导体、半金属、金属以及超导体等材料类型，具有深远研究意义。同时，二维材料的性质容易受到外场调控，使其在传感器、光电器件和量子信息等领域中具有潜在应用前景，是凝聚态物理领域的研究热点。随着对材料各类性质研究的不断深入,本领域技术人员对多物理场调控(尤其是低温和磁场)的综合测试系统的需求也愈发强烈。

现有的光学系统一般结构复杂、体积较大，难与低温、磁场结合；再者，平整的光纤端面十分适合二维材料的集成，便于保持自由空间的光耦合和操纵，以及光路的自对准，且集成在光纤端面的二维光电器件很容易放置于能提供低温磁场的设备中。因此，提出一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统。

发明内容

本发明意在提供一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统，充分利用目前廉价的商用光纤跳线，将集成在光纤端面的二维电子器件放置于低温、磁场的测量环境中，以完成对二维材料在不同温度和磁场下的光电性能的测试。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基础技术方案是：

一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统，包括光纤激光器、电学测试仪表、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、样品架、测试分析计算机和低温磁体；所述光纤固定支架连接光电器件的光纤后整体密封设于所述低温磁体的内侧，所述低温磁体的内侧还设有内部光纤和内部电学测试线缆；连接光电器件的光纤通过所述第二光纤耦合器与所述内部光纤连接以接入光路，同时光电器件还与所述内部电学测试线缆连接；所述低温磁体的出入口有真空密封接头进行密封，所述密封接头通过灌封胶将光纤和电线与金属外壳浇铸在一起；所述光纤激光器连接有外部光纤，所述外部光纤的一端通过所述第一光纤耦合器与所述内部光纤连通；所述电学测试仪表连接有外部电学测试线缆，所述外部电学测试线缆的另一端通过所述电学测试接口与所述内部电学测试线缆连接；所述光纤激光器和所述电学测试仪表还通过数据采集控制线缆与所述测试分析计算机连接，所述测试分析计算机用于记录、分析光电器件的光电测试数据。

进一步地，所述光纤激光器为可调波长式的激光器。

进一步地，所述电学测试仪表为锁相放大器或示波器，以满足不同的测试精度需求。

进一步地，所述光纤连接光电器件的电极采用两电极，用于简单的光电测试。

进一步地，所述光纤连接光电器件的电极采用六电极，用于光照下霍尔电压测试。

进一步地，所述外部光纤和所述内部光纤均采用FC接口的单模石英光纤，所述第一光纤耦合器的连接口也为FC接口。

进一步地，所述外部光纤和所述内部光纤为光子晶体光纤或保偏光纤，以满足不同的测试要求。

进一步地，所述真空密封接头为圆形，内有所述内部光纤和所述内部电学测试线缆穿过，采用O型圈、螺母和灌封胶固定和密封。

进一步地，所述光纤固定支架带有螺纹，以便于端面集成光电器件的光纤的固定。

技术方案的有益效果是：

本发明利用目前廉价的商用光纤跳线，将光电测试引入到低温、磁场的环境中，完成对二维材料在不同温度和磁场下的光电性能的检测；整个过程更换样品方便、操作简单、低成本、无破坏性；为研究二维材料在不同温度和磁场下的光电性能提供了一种方便的研究方法和手段，是研究二维材料电学、光学性能以及光电磁相互作用的有力工具。

附图说明

图1为本发明中集成于光纤端面用于测量低温、磁场下二维材料光电性能的光电器件实物照片；

图2为本发明中光纤端面照片，为图1中白色方框位置局部放大图；

其中，B1和B2是金电极；

图3为本发明两电极间的二维材料实物图，为图2中白色方框位置局部放大图；

图4为本发明一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统的结构示意图；

图5为图4中A处标出组件的测量杆实物照片；

图6为图4中B处标出组件的测量杆实物照片；

图7为图4中C处标出样品架位置金线连接电极的实物照片。

附图中的对应标记的名称为：

光纤激光器101、电学测试仪表102、数据采集控制线缆103、外部电学测试线缆104、外部光纤105、第一光纤耦合器106、真空密封接头107、电学测试接口108、第二光纤耦合器109、样品架110、测试分析计算机111、低温磁体112、内部电学测试线缆113、内部光纤114。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

如图1至图7所示，一种基于光纤的低温磁场下二维材料器件光电测试系统，包括可调波长的光纤激光器101、电学测试仪表102、样品架110、测试分析计算机111和低温磁体112，电学测试仪表102为Keithley2450测试仪表，低温磁体112为OxfordInstruments公司提供的低温磁体112系统；样品架110连接端面集成光电器件的光纤后整体密封设于低温磁体112的内侧，光电器件的电极为两电极或六电极，以用于光照下各种电学信号测试，低温磁体112的内侧还设有内部光纤114和内部电学测试线缆113，样品架110通过螺纹固定连接光电器件的光纤，连接光电器件的光纤通过第二光纤耦合器109与内部光纤114连接以接入光路，同时光电器件还与内部电学测试线缆113连接，低温磁体112的出入口连接有真空密封接头107，真空密封接头107为圆形，内部光纤114和内部电学测试线缆113穿过真空密封接头107，并且采用O型圈、螺母和灌封胶对真空密封接头107与低温磁体112固定和密封，密封接头连接有第一光纤耦合器106和电学测试接口108；光纤激光器101连接有外部光纤105，外部光纤105和内部光纤114均为光子晶体光纤，且都采用FC接口的单模石英光纤，第一光纤耦合器106的连接口也为FC接口，外部光纤105的一端通过第一光纤耦合器106与内部光纤114连通；电学测试仪表102连接有外部电学测试线缆104，外部电学测试线缆104的另一端通过电学测试接口108与内部电学测试线缆113连接；光纤激光器101和电学测试仪表102还通过数据采集控制线缆103与测试分析计算机111连接，测试分析计算机111用于记录、分析得到光电器件的光电测试信息。

具体实施例：

先将一种典型的二维单层二硫化钼(MoS

利用上述光电测试系统对MoS

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。