Quantum Design中国首台低温强磁场综合光学测量系统顺利交付

发布日期：2026-11-03

——本土化制造，整体化方案引领光学测量新方向

近日，由清砥量子科学仪器（北京）有限公司（Quantum Design中国子公司）自主开发的低温强磁场综合光学测量系统OptiCool X在山西师范大学顺利完成安装验收并正式交付使用，本次交付的OptiCool X是该系列产品的首套设备，标志着低温强磁场综合光学测量系统正式实现本土化开发与制造。

该系统以超精准全开放强磁场低温光学平台 OptiCool 为核心，配置了白光显微成像、磁光克尔显微镜（MOKE Imaging）、超快磁光克尔与反射磁圆二色（TR-MOKE & RMCD）、偏振分辨二次谐波（SHG）测量功能。自此，该校研究人员可以在 1.7 K 至 350 K 的全温区、最高 ±7 T 的强磁场环境中，对同一块样品、在同一次降温过程里，连续完成磁畴成像、磁滞回线测量与非线性光学表征——无需更换设备，也无需重新对准光路。

全程技术服务保障，顺利完成验收

从设备进场安装，到抽真空、降温、励磁、光路标定，清砥量子科学仪器技术团队全程跟进。验收环节逐项核对温度稳定性、磁场均匀度、振动水平、光谱分辨率、信噪比等关键指标，均达到出厂标准。随后，团队围绕三套功能完成操作培训，涵盖如何锁定畴区、如何在变温中保持焦点、如何编写自动测量程序。用户对系统的集成度与自动化水平给予肯定，认为“一套设备替代了过去几套分散的光路”，把原本消耗在调试上的时间还给了实验本身。

低温强磁场综合光学测量系统

这并非该校与清砥量子科学仪器的首次合作。此前，完全无液氦综合物性测量系统 PPMS DynaCool 与多功能振动样品磁强计 VersaLab 已在该校投入运行，承担电学、磁学与热学表征。此次综合光学测量系统的加入，让该校公共测试能力从“电、磁、热”延伸到“光”， 形成更为完整的物性表征平台。

打通低温强磁场光学实验的最后一关

在新型量子材料研究中，低温强磁场下的光学测量正成为主要手段之一。与电学测量相比，它免去制备电极、微纳加工等繁琐工艺，可直接实现微米尺度的无损表征；同一块样品，测完拉曼可以测SHG，测完SHG还能测MOKE，不会因为一次测量而遭破坏。但想要把这件事真正做好，门槛往往不在物理而在技术和工程。

传统低温光学实验通常需要用户自行设计适合于低温磁场设备的样品杆、搭建光路、再进行逐步调试优化。这个过程往往耗时数月甚至一年以上，系统稳定性高度依赖操作者经验——光路一旦被误碰，就得重新调试。更棘手的是“功能切换”，从拉曼切到磁光克尔，往往意味着重新搭建一套光路并重新调试。“理想很丰满，但光路还没搭好”，成了不少课题组的真实困境。

低温强磁场综合光学测量系统给出的答案是：把光路做成功能模块，不同模块可以灵活组合使用。系统通过软件与步进马达实现多种光路的自动化切换，一套 OptiCool 平台即可满足不同测量要求，切换时不再需要人工重新调试。低温强磁场光学实验由此进入“一键操控”时代。

工程师在进行功能原理讲解

性能优越的低温强磁场光学系统：1.7 K ~ 350 K，±7 T，振动小于 10 nm

多种光学测量能在一台设备上实现，前提是低温平台性能足够优越。OptiCool 采用全干式设计，由脉管制冷机同时为超导磁体与样品腔提供制冷。系统搭载双锥型劈裂式超导磁体，提供 ±7 T 磁场（矢量型 4 T / 1 T / 1 T），且可平滑过零点。温度方面，系统实现了 1.7 K 至 350 K 全温区精准控温，稳定性优于 ±0.2%（T < 20 K）、±0.02%（T > 20 K）。系统具有 Φ89 mm × 84 mm 的超大样品腔；标准型配置 7 个侧面窗口与 1 个顶部窗口，光学通道最多可达 9 个。

对显微光学测量而言，振动是绕不开的问题。OptiCool 将冷头振动与样品腔隔离，实测振动水平优于 10 nm（水平峰-峰值）与4 nm（垂直峰-峰值）。配合工作距离 3 mm 的顶窗近工作距离窗口，系统得以在大数值孔径下兼顾分辨率与稳定性。集成的闭环三维低温纳米位移器与扫描器，可以实现二维精细扫描。磁场均匀度达到 ±0.3% @ 3 cm 球范围，确保样品二维扫描成像过程始终处于均匀区内。

多种功能灵活组合的综合光学测量

本次交付的系统涵盖磁光克尔显微成像、时间分辨MOKE & RMCD、偏振二次谐波三种功能，覆盖了材料研究中的三种常用功能。综合物性测量系统提供了非常丰富的选件库，用户可以根据研究方向自由搭配。

磁光克尔显微镜模块以高显色 LED 面光源照明，反射式光路配合特制的无磁物镜与纳米位移台，可在亚微米尺度分辨畴结构，实时追踪磁畴的成核、推移与畴壁钉扎。对二维磁性材料、范德瓦尔斯异质结、传统铁磁性薄膜，它是判断磁序是否建立、畴态如何演化最直接的手段。

TR-MOKE & RMCD利用泵浦-探测（pump-probe）技术，不仅测得“准”而且测得“快”。克尔角分辨率约 0.5 mdeg，分辨率达到皮秒甚至飞秒量级。该选件可以兼顾时间分辨和传统的MOKE & RMCD功能，可在全温区、全磁场范围自动采集磁滞回线，读取矫顽场、饱和场与剩余磁化随温度的演化；配合二维扫描还能得到磁学参数的空间分布。RMCD 对反铁磁与弱信号体系更敏感，与 MOKE 互为印证，可显著降低单一信号的误判。

偏振分辨二次谐波采用共聚焦的激发与收集方式，加入光学偏振功能，实现全电动化的偏振分辨微区二次谐波测试。激发光与收集光的偏振可独立电动扫描，输出完整偏振极图，用于判定晶体对称性、探测反铁磁奈尔矢量、识别铁电畴；配合 Mapping，还能把对称性的空间分布直接画出来。对二维材料、铌酸锂薄膜等体系，SHG是重要的能在无损条件下读出“对称性破缺”的手段。

此外，综合光学测量系统还可以提供紫外/可见/近红外光谱共聚焦扫描成像、光电流扫描成像、白光/荧光角分辨等功能。多种功能可共用同一套自动化光路与软件平台。光路切换、视场移动、自动对焦、偏振扫描与数据采集均在软件界面完成，测量序列可编程、可复用。一次降温，多种测量，样品始终留在原位。把传统单一的光学测量系统彻底变为多功能的综合测量系统。

从提供一台设备，到整体化解决方案

首台设备交付的价值不仅在于提供一台低温磁场设备，更在于将“搭光路”这件高度依赖个人经验的事，转化为标准化的设备选件，这背后正是本土化创新能力的支撑。

位于北京的Quantum Design卓越制造创新中心已建成投用，集生产、测试、仓储、维修与研发于一体，全面导入统一的生产工艺与质量管理体系。目前，产线已覆盖Quantum Design全部产品以及多条合作产品线的本土化。本次交付的三功能配置光学测量系统——OptiCool X，正是“标准化平台 + 可定制化光路”的产物。

低温强磁场下的光学测量，正在像电学与磁学测量一样，走向自动化、智能化与一站式。当测量本身不再需要被反复调试，科研人员才能真正把精力放到科学问题本身上去。