一种固态制冷量子电压标准装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固态制冷量子电压标准装置。该标准装置包括：包括有制冷主机、一级冷头和二级冷头的二级脉管制冷机；固定连接在所述制冷主机上以保证装置内部真空环境的真空罩；粘贴于所述真空罩内部的外保温层；固定于所述一级冷头上且包裹二级冷头的内保温层；通过热平衡部件固定连接在所述二级冷头上的量子超导芯片；以及固定连接在所述二级冷头上且包裹量子超导芯片和热平衡部件的磁屏蔽筒；所述量子超导芯片包括波导接口和信号接口，分别通过低导热微波波导和低温导线连接外部微波源和外部电信号驱动源。本发明专利技术采用固态制冷系统，有利于制冷系统与量子发生系统深度整合，具有降低系统体积重量和运行费用、提升量子系统便携性等优点。

A quantum voltage standard device for solid state refrigeration

The invention discloses a solid-state refrigeration quantum voltage standard device. The standard device includes: a secondary pulse tube refrigerator with a refrigeration main engine, a first-level cold head and a second-level cold head; a vacuum cover fixed to the main refrigerator to ensure the vacuum environment inside the device; an external insulation layer pasted to the inner of the vacuum cover; and an internal insulation fixed to the first-level cold head and wrapped with the second-level cold head. A layer; a quantum superconducting chip fixed to the second stage cold head by a thermal balance component; and a magnetic shielding tube fixed to the second stage cold head and encapsulated with the quantum superconducting chip and the thermal balance component; the quantum superconducting chip includes a waveguide interface and a signal interface, respectively, through a low thermal conductivity microwave waveguide and a low temperature conductivity. The line connects the external microwave source and the external electrical signal source. The invention adopts a solid-state refrigeration system, which is beneficial to the deep integration of the refrigeration system and the quantum generation system, has the advantages of reducing the volume and weight of the system, operating costs and improving the portability of the quantum system.

【技术实现步骤摘要】
一种固态制冷量子电压标准装置
本专利技术涉及量子电压计量领域。更具体地，涉及一种固态制冷量子电压标准装置。
技术介绍
量子电压标准是电压参数的自然基准，是依据交流约瑟夫森物理效应搭建而成的最准确、最高等级的电压参数发生、测量装置，并在电学计量、航空航天以及武器系统的电压等高端测量方面有着广泛应用。量子电压标准装置主要由制冷系统、微波驱动源、电流驱动源、量子电压超导芯片等组成，制冷系统为量子超导芯片(或其它与芯片相关)提供4.2K以下的环境温度，确保芯片进入超导状态；微波、电流源分别产生高频高功率微波和直流电信号共同驱动量子超导芯片产生稳定可靠的量子电压信号。传统的量子电压标准装置使用液氦制冷，其优点是量子超导芯片浸泡在液氦中，运行温度稳定，缺点是运行费用高、体积庞大、不可移动。因此需要设计一种适用于新的量子电压标准装置的制冷系统，替代液氦制冷系统的关键部件，降低量子电压系统体积重量，提升量子系统便携性。
技术实现思路
基于以上
技术介绍
，本专利技术提供一种固态制冷量子电压标准装置，采用固态制冷技术替代传统液氦制冷系统，有利于制冷系统与量子发生系统深度整合，具有降低系统体积重量和运行费用，提升量子系统便携性等优点。本专利技术针对的超低温装置是一种复杂可变热负荷环境下，涉及到真空隔热、能量通道控制以及微波及电信号功率动态平衡等技术特色的制冷系统。解决微波及电信号激励下液氦温区量子超导芯片温度控制问题。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种固态制冷量子电压标准装置，该标准装置包括：包括有制冷主机、一级冷头和二级冷头的二级脉管制冷机；固定连接在所述制冷主机上以保证装置内部真空环境的真空罩；粘贴于所述真空罩内部的外保温层；固定于所述一级冷头上且包裹二级冷头的内保温层；通过热平衡部件固定连接在所述二级冷头上的量子超导芯片；以及固定连接在所述二级冷头上且包裹量子超导芯片和热平衡部件的磁屏蔽筒；所述量子超导芯片包括波导接口和信号接口，分别通过低导热微波波导和低温导线连接外部微波源和外部电信号驱动源。优选地，所述真空罩上固定连接有波导端口和信号线端口，分别与所述低导热微波波导和低温导线连接。优选地，所述信号线端口的接头连接部位为真空设计。优选地，所述外保温层和内保温层均为多层绝热材料。优选地，所述低温导线从量子超导芯片引出后缠绕在所述一级冷头上再连接至所述信号线端口。优选地，所述低温导线缠绕在所述一级冷头20圈以上。优选地，所述波导端口为WR-12波导接口；所述信号线端口为25芯以上的航空接头。优选地，所述磁屏蔽筒为经过热处理的坡莫合金圆筒。优选地，所述热平衡部件包括无氧铜桥式热沉和固定在所述无氧铜桥式热沉上的铍青铜弹簧夹具；所述无氧铜桥式热沉固定连接在二级冷头上，铍青铜弹簧夹具将量子超导芯片固定在无氧铜桥式热沉上；所述无氧铜桥式热沉与所述量子超导芯片的接触面上包括有银镀层。优选地，所述低导热微波波导包括特氟隆介质波导和对称连接于所述特氟隆介质波导两端的指数型锥形波导转换器；所述指数型锥形波导转换器外侧连接WR-12矩形波导端口。本专利技术的固态制冷量子电压标准装置是在二级脉管制冷机基础上，整合量子超导芯片单元、高频低导热微波波导、线缆通道等量子电压系统部件，替代传统量子电压标准的液氦杜瓦及芯片单元、低温探杆。本专利技术涉及的固态制冷量子电压标准装置存在外部热辐射、波导传热、信号线传热，因此装置结构采取必要的隔温、真空措施，并使用低导热专用波导、信号线通道，降低外部环境对低温装置的热负荷。由于量子电压标准装置运行时，须从波导和信号通道加入动态微波功率和电功率激励信号，因此本装置设计热平衡部件消除微波激励、电信号激励热负荷动态变化影响。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的固态制冷技术的量子电压标准装置采用固态制冷系统替代液氦制冷系统，有利于制冷系统与量子发生系统深度整合，具有降低系统体积重量和运行费用、提升量子系统便携性等优点。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术优选实施例的固态制冷量子电压标准的原理框图。图2为本专利技术中的低导热微波波导示意图。附图标记说明：1-真空罩及外保温层、2-内保温层、3-二级冷头、4-一级冷头、5-信号线端口、6-波导端口、7-低温导线、8-低导热微波波导、9-磁屏蔽筒、10-量子超导芯片、11-热平衡部件。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种固态制冷技术的量子电压标准装置，采用固态制冷系统替代液氦制冷系统，有利于制冷系统与量子发生系统深度整合，具有降低系统体积重量和运行费用、提升量子系统便携性等优点。本专利技术针对的超低温装置是一种复杂可变热负荷环境下，涉及到真空隔热、能量通道控制以及微波及电信号功率动态平衡等技术特色的制冷系统。本专利技术利用两级脉管制冷机提供冷源，在脉管制冷机二级冷头上构建量子电压系统，结构上与量子超导芯片及其附属波导、电信号通道深度整合，与液氦制冷系统比，可大幅缩小体积重量。由于芯片安装在固态制冷机冷头上，量子超导芯片运行时温度波动是影响最终量子电压标准技术指标的首要因素。本专利技术技术方案中二级脉管制冷机提供冷源；一级冷头、二级冷头为二级脉管制冷机附属组件，二级脉管制冷机通过工作频率调整冷量供给，且二级脉管制冷机可通过相关阀门在一级、二级冷头之间分配冷量。本专利技术涉及的超低温装置固定整合在制冷机上，且一级、二级冷头功率均需与量子电压系统匹配。其中一级冷头功率不小于15W@40K(在40K温度条件下功率为15W)、二级冷头功率不小于0.4W@4.2K。本专利技术涉及的超低温装置整体采取隔温、真空结构，预留波导、电信号通道接口。如图1所示，本专利技术提供一个优选实施例，一种固态制冷量子电压标准装置，该标准装置包括：包括有制冷主机、一级冷头4和二级冷头3的二级脉管制冷机；固定连接在所述制冷主机上以保证装置内部真空环境的真空罩；粘贴于所述真空罩内部的外保温层，图1中的真空罩及外保温层1；固定于所述一级冷头4上且包裹二级冷头3的内保温层2；通过热平衡部件11固定连接在所述二级冷头3上的量子超导芯片10；以及固定连接在所述二级冷头3上且包裹量子超导芯片10和热平衡部件11的磁屏蔽筒9。所述量子超导芯片10包括波导接口和信号接口，分别通过低导热微波波导8和低温导线7连接外部微波源和外部电信号驱动源。真空罩及外保温层1，真空罩，保证装置内部为真空的，真空度优于10-3，通过螺钉及其它密封技术固定在制冷机主机上，在其内部粘贴多层绝热材料作为外保温层。内保温层2，为多层绝热材料，固定在一级冷头4上，是一级冷头4的物理延伸，目的是包裹二级冷头3及芯片部件，制造40K左右的内部温度环境。二级冷头3，为二级脉管制冷机固有部件，为量子超导芯片提供液氦温区的冷源。本装置二级冷头热负荷：微波激励小于150mW，驱动电流小于45mW，热辐射小于120mW，波导传热小于10mW，信号线传热小于47mW，总负荷峰值小于372mW，其中前两项为动态热负荷。一级冷头4，为制冷机固有部件，为量子超导芯片10提供40K温区保温区，且为低温导线7预制冷。信号线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，该标准装置包括：包括有制冷主机、一级冷头和二级冷头的二级脉管制冷机；固定连接在所述制冷主机上以保证装置内部真空环境的真空罩；粘贴于所述真空罩内部的外保温层；固定于所述一级冷头上且包裹二级冷头的内保温层；通过热平衡部件固定连接在所述二级冷头上的量子超导芯片；以及固定连接在所述二级冷头上且包裹量子超导芯片和热平衡部件的磁屏蔽筒；所述量子超导芯片包括波导接口和信号接口，分别通过低导热微波波导和低温导线连接外部微波源和外部电信号驱动源。

【技术特征摘要】
1.一种固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，该标准装置包括：包括有制冷主机、一级冷头和二级冷头的二级脉管制冷机；固定连接在所述制冷主机上以保证装置内部真空环境的真空罩；粘贴于所述真空罩内部的外保温层；固定于所述一级冷头上且包裹二级冷头的内保温层；通过热平衡部件固定连接在所述二级冷头上的量子超导芯片；以及固定连接在所述二级冷头上且包裹量子超导芯片和热平衡部件的磁屏蔽筒；所述量子超导芯片包括波导接口和信号接口，分别通过低导热微波波导和低温导线连接外部微波源和外部电信号驱动源。2.根据权利要求1所述的固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，所述真空罩上固定连接有波导端口和信号线端口，分别与所述低导热微波波导和低温导线连接。3.根据权利要求2所述的固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，所述信号线端口的接头连接部位为真空设计。4.根据权利要求1所述的固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，所述外保温层和内保温层均为多层绝热材料。5.根据权利要求1所述的固态制冷量子电压标准装置，其特征在于，所述低温导线从量...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦玉民，康焱，朱珠，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11