Diseño y construcción experimental de un sistema de caracterización óptica de materiales a bajas temperaturas

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Resumen

As is known, the optical properties of materials can change as a function of temperature [1,2]. Therefore, and thinking about the configuration of a robust laboratory of optical characterization in the Department of Physics of the Universidad de los Andes, the design and construction of an optical characterization system for materials at low temperatures is presented in this paper. In particular, it consists of a spectral reflectometer integrated with a commercial optical cryostat. The built-in system allows to lower the temperature up to 3.7 K and the light source offers a spectrum that varies between 300 to 1100 nm and is filtered by means of a monochromator. In the experimental setup, the light coming from a variable wavelength source (monochromator) is led through an optical fiber and directed to a collimating lens and then to a polarizer that selects a linear polarization state. Then, the beam is divided by a beam splitter reflecting a fraction of the incident beam towards a silicon photodiode that detects the reference signal, while the fraction of light transmitted is directed to the sample to be studied. The signal reflected in the sample is collected in a second photodiode identical to the reference one. The signals detected are directed to two voltmeters interconnected with a PC where the acquisition and analysis of data takes place through a program developed in LabVIEW © (Fig.1). The economic resources for the development of this project are given by the Universidad de los Andes.

Descripción

Como es sabido, las propiedades ópticas de los materiales pueden cambiar en función de la temperatura [1,2]. Por tanto, y pensando en la configuración de un laboratorio robusto de caracterización óptica en el Departamento de Física de la Universidad de los Andes, se presenta en este trabajo, el diseño y construcción de un sistema de caracterización óptica de materiales a bajas temperaturas. En particular, éste consiste en un reflectómetro espectral integrado a un criostato óptico comercial. El sistema construido permite bajar la temperatura hasta 3.7 K y la fuente de luz ofrece un espectro que varía entre 300 a 1100 nm y es filtrada por medio de un monocromador. En el montaje experimental la luz proveniente de una fuente de longitud de onda variable (monocromador) se conduce a través de una fibra óptica y se dirige a una lente colimadora y luego a un polarizador que selecciona un estado de polarización lineal. Luego, el haz es divido por un beam splitter reflejando una fracción del haz incidente hacia un fotodiodo de silicio que detecta la señal de referencia, mientras que la fracción de luz trasmitida se dirige a la muestra a estudiar. La señal reflejada en la muestra es recogida en un segundo fotodiodo idéntico al de referencia. Las señales detectadas son dirigidas a sendos voltímetros interconectados con un PC en donde tiene lugar la adquisición y análisis de datos mediante un programa desarrollado en LabVIEW© (Fig.1). Los recursos económicos para el desarrollo de este proyecto son dados por parte de la Universidad de los Andes.

Palabras clave

Reflectómetro, Criogenia, Propiedades ópticas, Monocromador

Materias

Licenciatura en Física - Tesis y disertaciones académicas , Propiedades ópticas , Criogenia , Ondas electromagnéticas , Luz

Citación