近日，华东师范大学袁翔课题组成功自主研发了一套具备原位偏振调控能力的准直强磁场红外光谱系统，并对其整体架构、关键技术改进及综合性能开展了系统性验证。长期以来，受限于强磁场实验空间狭窄、红外光在光波导中多次反射引发的偏振退化，以及偏振切换需反复拆装和热循环等因素，强磁场红外光谱实验始终缺乏可靠的原位偏振调控手段。针对这一瓶颈，研究团队通过引入准直光路与外置原位偏振模块，有效抑制了光在狭窄磁体光波导中的偏振退化问题，在宽红外波段内实现了线偏振、圆偏振及椭圆偏振态的连续可控切换。实验结果表明，该系统可在1.7 K、12 T极端实验环境中稳定开展偏振测量，最低均方根噪声水平低至 0.0033%，线偏振消光比最高可达40:1。基于上述性能，研究团队首次在强磁场红外光谱实验中实现了连续原位偏振分辨测量，并成功获取了不同偏振态下材料磁红外响应的清晰差异，为高磁场条件下开展高精度、偏振分辨的红外光谱研究提供了全新的实验平台。
相关成果以“In-Situ Polarimetry in Collimated Magneto-Infrared Spectroscopy System”为题发表于国内首本科学仪器领域的英文国际学术期刊Advanced Scientific Instruments。
红外光谱不仅依赖于光子的频率信息，其偏振自由度同样承载着材料对称性、选择定则及各向异性等关键信息。在强磁场条件下，朗道能级跃迁、回旋共振及磁场诱导能带演化等过程对入射光偏振态高度敏感，不同磁光几何构型往往遵循严格的偏振选择定则。然而，受限于磁体内部空间狭窄，红外光需通过细长光波导传输，多次反射导致偏振态严重退化；同时，传统偏振调控元件通常布置在低温强磁场区域内，使偏振态切换依赖反复拆装和热循环，测量效率和可重复性均受到制约。针对上述以偏振控制为核心的技术难题，研究团队从光路设计与偏振调控策略两方面入手，构建了一套兼具高偏振保真度与高测量效率的强磁场红外光谱平台，主要体现在以下几个方面：
1. 准直光路与偏振保真设计：通过准直光路显著减少光在狭窄光波导中的多次反射，在50 mm磁体孔径条件下实现稳定偏振保持，线偏振消光比最高可达40:1。
2. 原位偏振调控能力：可在1.7 K、12 T的极端条件下，通过外置自动化偏振模块实现线偏振、圆偏振及椭圆偏振态的连续原位切换，最低均方根噪声可低至0.0033%。
3. 多构型测量兼容性：系统支持Faraday与Voigt构型以及透射、反射测量模式，满足极端低温强磁场条件下的偏振分辨磁红外光谱研究需求
图1强磁场红外光谱装置设计示意图
研究团队所搭建的系统整体结构与工作原理如图1所示。该准直强磁场红外光谱系统由傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、入射准直腔、强磁场红外插杆、超导磁体、出射准直腔及外置探测腔体等部分组成。红外光束由 FTIR 输出后进入入射准直腔，经准直光路与原位偏振模块调控后，被耦合进入强磁场红外插杆，并沿磁体轴线传输至磁体中心位置。光束经模块化聚焦组件照射样品后，其透射或反射信号由同一光路收集，通过插杆传回磁体顶部，并经出射准直腔引导至外置探测腔体，由不同波段探测器完成信号采集。通过准直光路与外置偏振调控方案的协同设计，系统在保证高光通量的同时有效抑制了偏振退化，实现了在强磁场和低温条件下的稳定偏振分辨红外测量。
图2 装置在低温强磁场条件下原位偏振测量结果
基于上述系统性能，研究团队在低温强磁场条件下开展了原位偏振分辨磁红外光谱测量，并获得了具有明确物理指向的实验结果。如图2所示，在固定温度和磁场条件下，随着入射光偏振态的连续调控，磁红外光谱中与磁场诱导激发相关的特征信号呈现出显著的偏振依赖性：不同偏振态下，相同光谱特征表现出明显不同的强度分布和响应符号，反映出磁场作用下光学跃迁对偏振选择定则的严格约束。该结果表明，系统不仅能够稳定实现原位偏振分辨测量，而且可以直接区分不同偏振选择定则对应的磁红外响应，为研究朗道能级跃迁、回旋共振及磁场诱导能带演化等物理过程提供了关键信息。
该研究成果近期发表在Advanced Scientific Instruments 1 (2026) 100005，华东师范大学袁翔教授为论文通讯作者，博士后施泽平、吴闻彬，博士研究生杜宇涵、硕士研究生张智炜，徐辰尧为本文的共同第一作者。研究工作获科技部、教育部、国家自然科学基金、上海市科委、上海市教委等支持。
论文详见：https://doi.org/10.1016/j.asi.2026.100005。