磁感电流信号产生及检测装置

摘要

本申请公开了一种磁感电流信号产生及检测装置，该磁感电流信号产生及检测装置包括：磁场生成单元，用于产生磁场；载物台，位于所述磁场中，用于承载待测样品；驱动单元，与磁场生成单元通过连接架固定连接，用于驱动磁场生成单元旋转从而产生旋转磁场；检测单元，用于检测所述待测样品产生的电流信号；其中，所述载物台相对于所述磁场生成单元静止，所述载物台上的待测样品在所述旋转磁场的作用下产生对应的电流信号，所述检测单元获取所述电流信号。

权利要求

1.一种磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，包括：

磁场生成单元，用于产生磁场；

载物台，位于所述磁场中，用于承载待测样品；

驱动单元，与磁场生成单元通过连接架固定连接，用于驱动磁场生成单元旋转从而产生旋转磁场；

检测单元，用于检测所述待测样品产生的与磁场相关的电流信号；

激光光源，用于产生飞秒脉冲激光照射在待测样品上，所述磁场的方向与所述飞秒脉冲激光的方向相垂直；

其中，所述载物台相对于所述磁场生成单元静止，所述载物台上的待测样品在所述旋转磁场的作用下产生对应的电流信号，所述检测单元获取所述电流信号，通过飞秒脉冲激光激发待测样品获取仅仅与磁场相关的太赫兹信号，所述磁场的旋转频率越高，所述太赫兹信号的信噪比越高。

2.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述磁场生成单元包括位于所述载物台两侧的磁铁，所述磁场生成单元旋转时，所述载物台上的待测样品处于所述磁场中。

3.根据权利要求2所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述磁铁为永磁体或电磁铁中的至少一种，所述磁场强度不小于10mT。

4.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述磁场的旋转频率为5‑1000Hz。

5.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述驱动单元包括电机与变速机构，所述变速机构的输入端与所述电机相连，所述变速机构的输出端通过所述连接架与所述磁场生成单元相连。

6.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述待测样品在飞秒脉冲激光作用下具有载流子运动，所述待测样品包括拓扑半金属、半导体纳米材料、铁磁薄膜、磁性/非磁性异质结。

7.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述磁感电流信号包括通过测量电压信号、电流信号或者太赫兹波中的至少一种来获得。

8.根据权利要求1所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述检测单元包括光电探测器、电流表、电压表中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的磁感电流信号产生及检测装置，其特征在于，所述检测单元还包括锁相放大器，所述磁场的旋转频率接入所述锁相放大器中。

说明书

磁感电流信号产生及检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电信号领域，更具体地，涉及一种磁感电流信号产生及检测装置。

背景技术

[0002] 太赫兹波是指频率在0.1‑10THz，能量在0.4‑40meV的范围的电磁波，即波长在30 ‑1‑3000m，波数在3.3‑330cm 之间的电磁波段，该波段是处于微波和红外之间的亚毫米波和远红外波段，对相邻波段中通常采用的技术具有抵抗性。太赫兹波具有许多独特的性质，能够用于生物、医学和化学研究的成分分析。

[0003] 目前，能够产生太赫兹波的方法有很多，主要是通过光电导天线和光整流的方式产生，前者主要是通过将超短激光作用在光电导材料上产生电子‑空穴对，从而在材料表面产生瞬态电流而辐射太赫兹波，后者则是通过非线性效应辐射太赫兹。非线性效应产生太赫兹辐射一般会优先采用非线性晶体作为太赫兹的辐射源。

[0004] 随着太赫兹光谱技术的不断发展，太赫兹光谱技术已经广泛的适用于对微观物理的研究中，越来越多的研究人员在这一技术下通过改变外界条件获得材料在不同外部参数条件下的结果，其中包括，变压、变温以及加强磁。

[0005] 由于受到材料本身的影响，一些与磁场相关的材料也能够通过飞秒脉冲激光的作用产生太赫兹辐射，比如说拓扑半金属，半导体纳米材料。然而这些材料有的自身也存在太赫兹发射，会造成一定的干扰，因此，想要提取与磁场有关的信号是十分困难的，亟需设计一种磁感电流信号产生及检测装置来获取与磁场有关的太赫兹信号(这里的太赫兹信号实际上是光电流的另一种表现形式)、光电流等与电流相关的信号，以满足相应的需求。

发明内容

[0006] 鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种磁感电流信号产生及检测装置，其采用了将待测样品放置在一个旋转磁场中的设计，通过调整旋转频率及磁场强度等参数可获取与磁场有关的太赫兹信号或者电流信号，该装置简单可靠，具有很强的实用性。

[0007] 本发明提供一种磁感电流信号产生及检测装置，包括：磁场生成单元，用于产生磁场；载物台，位于所述磁场中，用于承载待测样品；驱动单元，与磁场生成单元通过连接架固定连接，用于驱动磁场生成单元旋转从而产生旋转磁场；检测单元，用于检测所述待测样品产生的电流信号；其中，所述载物台相对于所述磁场生成单元静止，所述载物台上的待测样品在所述旋转磁场的作用下产生对应的电流信号，所述检测单元获取所述电流信号。

[0008] 优选地，所述磁场生成单元包括位于所述载物台两侧的磁铁，所述磁场生成单元旋转时，所述载物台上的待测样品处于所述磁场中。

[0009] 优选地，其特征在于，所述磁铁为永磁体或电磁铁中的至少一种，所述磁场强度不小于10mT。

[0010] 优选地，其特征在于，所述磁场的旋转频率为5‑1000Hz。

[0011] 优选地，其特征在于，所述驱动单元包括电机与变速机构，所述变速机构的输入端与所述电机相连，所述变速机构的输出端通过所述连接架与所述磁场生成单元相连。

[0012] 优选地，其特征在于，还包括激光光源，用于产生飞秒脉冲激光照射在待测样品上，所述磁场的方向与所述飞秒脉冲激光的方向相垂直。

[0013] 优选地，其特征在于，所述待测样品在飞秒脉冲激光作用下具有载流子运动，所述待测样品包括拓扑半金属、半导体纳米材料、铁磁薄膜、磁性/非磁性异质结。

[0014] 优选地，其特征在于，所述磁感电流信号包括通过测量电压信号、电流信号或者太赫兹波中的至少一种来获得。

[0015] 优选地，其特征在于，所述检测单元包括光电探测器、电流表、电压表中的至少一种。

[0016] 优选地，所述检测单元还包括锁相放大器，所述磁场的旋转频率接入所述锁相放大器中。

[0017] 优选地，所述磁场的强度越大，所述太赫兹信号的强度越大。

[0018] 优选地，所述磁场的旋转频率越高，所述太赫兹信号的信噪比越高。

[0019] 本发明的实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的一种磁感电流信号产生及检测装置将待测样品置于高速旋转的磁场中，通过飞秒脉冲激光激发待测样品获取太赫兹信号、光电流等各种与电流相关的信号，由于磁场强度与信号强度正相关，磁场的旋转频率越高，对应太赫兹信号等与电流相关的信号的信噪比越高，可通过调整磁场强度及旋转频率获取噪音更小的与磁场相关的太赫兹信号及各种与电流相关的信号。

[0020] 进一步地，通过将磁场的旋转频率输入至探测器的锁相放大器中作为调制频率，可以获取仅与磁场相关的太赫兹信号，排除干扰。

[0021] 进一步地，该磁感电流信号产生及检测装置结构简单，操作调整方便，可以很方便的进行使用及放置，具有很强的实用性。

附图说明

[0022] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

[0023] 图1示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的结构示意图；

[0024] 图2示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的应用示意图；

[0025] 图3示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置在应用光路中的示意图；

[0026] 图4示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的另一应用示意图。

具体实施方式

[0027] 以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

[0028] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

[0029] 图1示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的结构示意图；如图1所示，该磁感电流信号产生及检测装置包括：载物台110、磁铁120、连接架130和驱动单元140。其中，磁铁120例如包括相对设置的两块，两块相对设置的磁铁120形成磁场B，载物台110位于两块磁铁120之间，载物台110上例如可放置与磁场相关的材料；磁铁120通过连接架130与驱动单元140相连，驱动单元140通过连接架130带动磁铁120旋转，从而使得由两块磁铁120形成的磁场B进行旋转，通过控制驱动单元140的输出转速，可以控制磁场B的旋转频率，该磁铁120例如为永磁体或者电磁铁，优选磁铁120为电磁铁，使得磁场B的强度可以根据需求进行调整。

[0030] 具体地，该驱动单元140包括主动轮141、从动轮142和皮带143，主动轮141和从动轮142之间通过皮带143相连，主动轮141的半径与从动轮142的半径之间例如为特定比例，以实现所需的变速效果，主动轮141与电机(图中未示出)相连，主动轮141通过皮带143带动从动轮142旋转，从动轮142与连接架130的一端相连，连接架130的另一端例如与磁铁120固定连接，在图示情况下，磁铁120中的一块位于载物台110的上方，另一块位于载物台110的下方，形成磁场方向向下的磁场B，该磁场B的磁场方向与载物台110的承载面垂直，通过驱动单元140中主动轮141和从动轮142之间的变速，使得与磁铁120相连的从动轮142的转速可达1000r/S，即磁场的变化频率可达1000Hz。当然地，也可以采用电机通过连接架130直接与磁铁120相连的方式，由电机直接带动磁铁120旋转，控制磁场B的转速。

[0031] 图2示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的应用示意图；如图2所示，该载物台110上放置有待测样品160，并设置有照射向待测样品160的激光光源150，激光光源150用于产生飞秒脉冲激光，将磁场B的旋转频率接入锁相放大器，激光光源
150产生的飞秒脉冲激光射向待测样品160，可使待测样品160产生时间分辨的光电流，从而激发待测样品160辐射出太赫兹波，待测样品160例如为拓扑半金属、半导体纳米材料、铁磁薄膜及磁性/非磁性的异质结，可通过光产生载流子运动的材料。磁场B的磁场方向与激光光源150中发射的飞秒脉冲激光的方向相垂直。

[0032] 具体地，在该磁感电流信号产生及检测装置中，其磁场强度B越大，获得的信号强度也越大，磁场强度B越小，其信号强度也越小，过小的信号强度不易检测，故该磁场强度B例如不小于10mT，磁铁120分为两部分，对称设置在载物台110的两侧，向待测样品160施加磁场B，磁场B的方向与飞秒脉冲激光照射方向相垂直。磁铁120旋转的速度可通过控制驱动单元140的转速进行调整，从而调整磁场B的旋转频率，频率越高，所获得的与磁场有关的光电流及太赫兹信号越大且信噪比越高，该磁感电流信号产生及检测装置中旋转磁场可达的最高频率例如为1KHz。进一步地，将从动轮的旋转频率(即磁场B的旋转频率)输入到光电探测器的锁相放大器中作为调制频率，将飞秒脉冲激光作用到待测样品160上，所产生的与磁场相关的太赫兹信号可显著减少其他干扰。

[0033] 图3示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置在应用光路中的示意图，本发明的一种磁感电流信号产生及检测装置100仅作为整个光路中的一部分，具体地，该应用光路包括光源210、分光镜220、延迟装置240、反射镜250、斩波器230、一种磁感电流信号产生及检测装置100、弧形反射镜260、碲化锌晶体270、四分之一玻片280、沃尔斯顿棱镜290和光电探测器300。其中，光源210例如同样可以发出飞秒脉冲激光。光源210发出的飞秒脉冲激光经过分光镜220后分为两路，其中一路射向延迟装置240，经由反射镜250射向碲化锌晶体270，再经过四分之一玻片280及沃尔斯顿棱镜290后射向光电探测器300；另一路射向斩波器230，经过斩波器230处理后，通过两个反射镜250后射向本发明的一种磁感电流信号产生及检测装置100，具体地，射向其中的待测样品160，由本发明的一种磁感电流信号产生及检测装置100产生的太赫兹波通过2个弧形反射镜260后汇聚并同样射向碲化锌晶体270，再经过四分之一玻片280及沃尔斯顿棱镜290后射向光电探测器300。

[0034] 通过本发明的一种磁感电流信号产生及检测装置100可获取完全与磁场相关的太赫兹信号，可以将该太赫兹信号与无外加磁场的太赫兹信号进行对比研究，以获取不同磁场强度、不同材料等所产生的太赫兹信号的差异，以及太赫兹信号的差异所能反应其具体的磁场特性。

[0035] 图4示出了本发明实施例的一种磁感电流信号产生及检测装置的另一应用示意图。如图4所示，可以测量待测样品160产生的不随时间变化的直流的光电流，在待测样品160的两侧设置两个连接电极170，通过导线将两个电极170与电流表或电压表180相连，激光光源150产生的飞秒脉冲激光射向待测样品160，通过该电流表或电压表180可以测量待测样品160产生的直流光电流；再使磁场旋转，测量获取随磁场变化的直流光电流。通过测量与电流相关的信号获得测量曲线来判断待测样品160是否能够受磁场调制，以及与旋转磁场的相关性及变化情况。

[0036] 本发明的实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的一种磁感电流信号产生及检测装置将待测样品置于高速旋转的磁场中，通过飞秒脉冲激光激发待测样品获取太赫兹信号、光电流等各种与电流相关的信号，由于磁场强度与信号强度正相关，磁场的旋转频率越高，对应太赫兹信号等各种与电流相关信号的信噪比越高，可通过调整磁场强度及旋转频率获取噪音更小的与磁场相关的太赫兹信号等各种与电流相关的信号，以实现对太赫兹波及与电流相关的信号的研究，当然地，通过将磁场的旋转频率输入至光电探测器的锁相放大器中作为调制频率，可以获取仅与磁场相关的太赫兹信号，排除干扰。进一步地，该磁感电流信号产生及检测装置结构简单，操作调整方便，可以很方便的进行使用及放置，具有很强的实用性。

[0037] 依照本发明的实施例如上文所述，图示中为突出本发明技术方案的细节，各部件比例并非按照真实比例绘制，其附图中所示的比例及尺寸并不应限制本发明的实质技术方案，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。