CN206002377U - 一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，包括真空罩、进出线筒身、GM制冷机，所述真空罩、进出线筒身、GM制冷机自上而下依次连接，所述真空罩内部依次设置一级冷屏、二级冷屏，所述一级冷屏固定在一级冷台上，一级冷台固定在GM制冷机的一级冷头上，所述二级冷屏固定在样品台上，样品台固定在GM制冷机的二级冷头上，所述样品台上设置样品托，所述样品台与GM制冷机二级冷头之间设置金属垫块，所述一级冷台上设置若干个一级导冷片、一级同轴电缆压板，所述GM制冷机二级冷头上设置若干个二级导冷片、二级同轴电缆压板。本实用新型可以为单光子探测器提供一个温度低于2.5K且温度波动小于±5mK的低温环境，保证单光子探测器能够正常工作，有效提高了单光子探测器的探测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及低温恒温器的技术领域，具体涉及一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器的技术领域。
背景技术
超导纳米线单光子探测（简称SSPD或SNSPD）是量子通信研究的一个热点领域，由于其具有高探测效率、低暗计数和高时间分辨率等优点，近年来关于超导纳米线单光子探测器的研究呈现“井喷式”发展。然而由于该类探测器需要在2.5K以下的温区内进行工作，并且对温度的稳定性要求较高，以往的低温恒温器都存在温度较高、温度波动大、稳定性较差等缺点，无法满足单光子探测器正常工作时对环境温度的要求。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，可为超导纳米线单光子探测器提供一个温度低于2.5K且温度波动小于±5mK的低温环境，保证单光子探测器能够正常工作，有效提高了单光子探测器的探测效率。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下。
一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，包括真空罩、进出线筒身、GM制冷机，所述真空罩、进出线筒身、GM制冷机自上而下依次连接，所述真空罩内部依次设置一级冷屏、二级冷屏，所述一级冷屏固定在一级冷台上，一级冷台固定在GM制冷机的一级冷头上，所述二级冷屏固定在样品台上，样品台固定在GM制冷机的二级冷头上，所述样品台上设置样品托，所述样品台与GM制冷机的二级冷头之间设置金属垫块，所述一级冷台上设置若干个一级导冷片、一级同轴电缆压板，所述GM制冷机的二级冷头上设置若干个二级导冷片、二级同轴电缆压板。
所述真空罩内部压力低于1×10Pa。
所述一级冷屏、二级冷屏、样品台表面镀金、镀银或镀镍。
所述GM制冷机的最低温度可达2.1K。
所述金属垫块为在2.5K左右低温环境下比热容较大的导热材料。
本实用新型工作时，首先将真空罩内部抽真空，当压力达到1×10Pa时，开启GM制冷机进行降温，一级冷屏被GM制冷机的一级冷头冷却，二级冷屏被GM制冷机的二级冷头冷却，固定在GM制冷机的二级冷头上的样品台、样品台上的样品托也同步被冷却，当样品台的温度达到2.5K时，固定在样品托上的单光子探测器处于超导状态，开始正常工作。
一级冷屏、二级冷屏、样品台表面进行表面处理，降低表面发射率，减少真空罩内部的辐射漏热。
与单光子探测器相连接的同轴电缆通过一级导冷片、一级同轴电缆压板固定在GM制冷机的一级冷头上预冷，减少了同轴电缆对制冷机的二级冷头的导热漏热；通过二级导冷片、二级同轴电缆压板固定在GM制冷机的二级冷头上预冷，减少了同轴电缆线对样品托的导热漏热。
GM制冷机的二级冷头与样品台之间设置在2.5K左右低温环境下比热容较大的金属垫块，减小了样品台的温度波动。
本实用新型采用最低温度可达2.1K的GM制冷机作为冷量来源，可将样品台温度降至2.5K以下，通过真空罩内部抽真空，减少了对流漏热；通过对一级冷屏、二级冷屏、样品台进行表面处理，减小了辐射漏热；通过GM制冷机的一级冷头、二级冷头冷却同轴电缆，减小导热漏热，同时在样品台与GM制冷机二级冷头之间设置比热容较大的金属垫块，不仅可以对样品台进行快速降温，而且保证了样品台的温度波动维持在较低的水平，本实用新型可为单光子探测器提供温度低于2.5K且温度波动小于±5mK的低温环境，有效提高了单光子探测器的探测效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的剖视图。
其中：1. GM制冷机；2.真空罩；3. 一级冷屏；4. 二级冷屏；5. 样品台；6. 二级冷头；7.同轴电缆；8. 一级冷头； 10. 进出线筒身；11. 一级冷台；12. 一级导冷片；13. 一级同轴电缆压板；14. 二级同轴电缆压板；15. 二级导冷片；16. 金属垫块；17. 样品托。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，包括真空罩2、进出线筒身10、GM制冷机1，所述真空罩2、进出线筒身10、GM制冷机1自上而下依次连接，真空罩2内部依次设置一级冷屏3、二级冷屏4，一级冷屏3固定在一级冷台11上，一级冷台11固定在GM制冷机的一级冷头8上，二级冷屏4固定在样品台5上，样品台5固定在GM制冷机的二级冷头6上，样品台5上设置样品托17，本实用新型采用最低温度可达2.1K的GM制冷机1作为冷量来源，超导单光子探测器固定样品托17上。
本实用新型工作时，首先将真空罩2内部抽真空，当真空度达到1×10Pa时，开启GM制冷机1进行降温，一级冷屏3被GM制冷机1的一级冷头8冷却至40K，二级冷屏4被GM制冷机1的二级冷头6冷却至2.5K，固定在GM制冷机1的二级冷头6上的样品台5、样品托17也被同步冷却，当样品台5的温度达到2.5K时，固定在样品托17上的单光子探测器处于超导状态，开始正常工作。
本实用新型的一级冷屏3、二级冷屏4、样品台5表面进行镀金处理，降低了表面发射率，减少了真空罩2内部的辐射漏热。
与单光子探测器相连接的同轴电缆7首先通过一级导冷片12、一级同轴电缆压板13固定在GM制冷机1的一级冷台11上预冷，减少同轴电缆7对二级冷头6的导热漏热；接着通过二级导冷片15、二级同轴电缆压板14固定在GM制冷机二级冷头上预冷，减少了同轴电缆7对样品托17的导热漏热。
GM制冷机1的二级冷头6与样品台5之间设置在2.5K左右的低温环境下比热容较大的金属垫块16，减小了样品台5的温度波动。
本实用新型采用最低温度可达2.1K的GM制冷机1作为冷量来源，将样品台5温度降至2.5K以下，通过真空罩2内部抽真空，减少了对流漏热；通过对一级冷屏3、二级冷屏4、样品台5进行表面处理，减小了辐射漏热；通过GM制冷机1的一级冷头8、二级冷头6冷却同轴电缆7，减小导热漏热，同时在样品台5与GM制冷机1的二级冷头6之间设置比热容大的金属垫块16，不仅可以对样品台5进行快速降温，而且保证了样品台5的温度波动维持在较低的水平，为单光子探测器提供了一个温度低于2.5K且温度波动小于±5mK的低温环境，有效提高了单光子探测器的探测效率。
Claims (5)
1.一种用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，包括真空罩、进出线筒身、GM制冷机，其特征在于：所述真空罩、进出线筒身、GM制冷机自上而下依次连接，所述真空罩内部依次设置一级冷屏、二级冷屏，所述一级冷屏固定在一级冷台上，一级冷台固定在GM制冷机的一级冷头上，所述二级冷屏固定在样品台上，样品台固定在GM制冷机的二级冷头上，所述样品台上设置样品托，所述样品台与GM制冷机二级冷头之间设置金属垫块，所述一级冷台上设置若干个一级导冷片、一级同轴电缆压板，所述GM制冷机二级冷头上设置若干个二级导冷片、二级同轴电缆压板。
2.根据权利要求1所述的用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，其特征在于：所述真空罩内部压力低于1×10Pa。
3.根据权利要求1所述的用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，其特征在于：所述一级冷屏、二级冷屏、样品台表面镀金、镀银或镀镍。
4.根据权利要求1所述的用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，其特征在于：所述GM制冷机的最低温度可达2.1K。
5.根据权利要求1所述的用于超导纳米线单光子探测的低温恒温器，其特征在于：所述金属垫块为在2.5K左右的低温环境下比热容较大的导热材料。
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