一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器制造技术

本发明专利技术公开了一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器，包括真空罩、GM制冷机二级气缸、GM制冷机一级气缸、GM制冷机冷头、一级预冷结构、二级预冷结构、三级预冷结构、低温射频同轴线、用于放置超导单光子探测器的样品台；一级预冷结构、二级预冷结构和三级预冷结构从下至上依次设置在真空罩内部；本发明专利技术通过三级预冷的方式，使样品台温度不受射频同轴线数量增加而升高，确保样品台的温度稳定在探测器的工作温度，使探测器能够持续稳定的工作在最佳状态。在最佳状态。在最佳状态。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器


[0001]本专利技术属于低温恒温器
，具体为一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器。

技术介绍

[0002]超导纳米线单光子探测器(SNSPD)可以应用在量子通讯、单光子源标定、长距离测距、无损集成电路检测、光纤时域反射计等多个涉及到单光子或者高速弱光检测的领域。通常SNSPD探测器最佳工作温度在2.5K以下，这就对恒温器样品台的温度稳定性要求特别高，以往低温恒温器样品台存在温度较高、温度稳定性差、探测器安装困难等缺点，无法使探测器工作在最佳状态。
[0003]随着探测器的广泛应用，单个探测器已经无法满足科研需求，因而多像元探测器应运而生，像元数的增加，意味着射频同轴线的数量增加，样品台的温度也会随之升高。因此，开发出适用于多通道超导纳米线单光子探测器的稳定的低温恒温器至关重要。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为解决当像元数增加时，低温恒温器样品台的温度随之升高，导致探测器无法持续稳定在最佳状态的问题，本专利技术提出了一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器，通过三级预冷的方式，使样品台温度不受射频同轴线数量增加而升高，确保样品台的温度稳定在探测器的工作温度，使探测器能够持续稳定的工作在最佳状态。
[0005]技术方案：一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器，包括真空罩、GM制冷机二级气缸、GM制冷机冷台、一级预冷结构、二级预冷结构、三级预冷结构、低温射频同轴线、用于放置超导单光子探测器的样品台；所述一级预冷结构、二级预冷结构和三级预冷结构从下至上依次设置在真空罩内部；
[0006]所述一级预冷结构包括一级冷台和若干设置在所述一级冷台上的一级SMA连接器；所述二级预冷结构包括缸体冷台；所述三级预冷结构包括二级冷台、温度缓冲级和若干二级SMA连接器，若干二级SMA连接器设置在样品台上表面上，所述温度缓冲级设置在样品台下表面上，所述二级冷台与温度缓冲级连接；
[0007]所述低温射频同轴线的一端与超导纳米线探测器相连，其另一端向下延伸，依次连接二级SMA连接器和一级SMA连接器后，与SMA气密性连接器连接，外部电压通过SMA气密性连接器给超导纳米线探测器提供工作偏置；位于缸体冷台处的低温射频同轴线通过压线板与缸体冷台紧密贴合；
[0008]所述GM制冷机二级气缸位于一级冷台和二级冷台之间；所述缸体冷台安装在该GM制冷机二级气缸上；所述GM制冷机冷台与一级冷台、二级冷台连接，用于给一级冷台和二级冷台提供制冷量。
[0009]进一步的，所述一级预冷结构还包括一级冷屏屏蔽罩，所述二级预冷结构和三级预冷结构均设置在一级冷屏屏蔽罩内，该一级冷屏屏蔽罩的底部设置在一级冷台上。
[0010]进一步的，还包括样品台屏蔽罩，所述样品台屏蔽罩的底部固定在样品台上。
[0011]进一步的，还包括真空手动阀，所述真空手动阀作用于真空罩内部。
[0012]进一步的，所述缸体冷台安装在GM制冷机二级气缸总高度的5～50％处。
[0013]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0014](1)本专利技术通过采用三级预冷，大大减少射频同轴线导热漏热，以及通过压线板将低温射频同轴线紧贴缸体冷台，减少低温射频同轴线对一二级冷台导热漏热，间接提高二级冷台制冷量的有用功，最终能够使样品台温度不受射频同轴线数量增加而升高温度，样品台的温度达到探测器的工作温度，确保探测器能够持续稳定的工作在最佳状态；
[0015](2)本专利技术通过采用多级屏蔽，能大大减少外部磁场噪声，以及减少腔体内的辐射漏热；
[0016](3)本专利技术通过采用真空罩配合真空手动阀，使腔体内真空度低于10Pa，减少对流漏热；
[0017](4)本专利技术通过采用卡扣式结构的缸体冷台，可与样品台形成夹角(夹角角度
±
160
°
)，便于调节低温射频同轴线的松紧，防止低温射频同轴线干涉一级冷屏屏蔽罩。
附图说明
[0018]图1为系统整体图；
[0019]图2为系统内部结构局部图1；
[0020]图3为系统内部结构局部图2。
具体实施方式
[0021]现结合附图进一步阐述本专利技术的技术方案。
[0022]如图1和图2所示，本实施例公开了一种适用于多通道超导纳米线单光子探测器的三级预冷低温恒温器，其主要包括真空罩1、一级冷屏屏蔽罩2、样品台屏蔽罩3、二级SMA连接器4、样品台5、低温射频同轴线6、压线板7、缸体冷台8、一级SMA连接器9、一级冷台10、KF25卡箍11、温度缓冲级12、二级冷台13、GM制冷机二级气缸14、KF25真空手动阀15、真空挡板16、SMA气密性连接器17、气密性航空连接器18、恒温器支架19、GM制冷机冷台20和温度计21。
[0023]具体连接关系为：一级冷屏屏蔽罩2和一级冷台10设置在真空罩1的内部，且一级冷屏屏蔽罩2的下端固定在一级冷台10上，在一级冷台10上设有一圈一级SMA连接器9；在一级冷屏屏蔽罩2内部从上到下依次为：样品台屏蔽罩3、样品台5、温度缓冲级12、二级冷台13和缸体冷台8；其中，样品台屏蔽罩3固定在样品台5上，该样品台5用于固定超导单光子探测器，在样品台5上设有一圈二级SMA连接器4和用于测量样品台5温度的温度计21；温度缓冲级12设置在样品台5下表面，温度缓冲级12用于减小样品台5温度波动，该温度缓冲级12连接二级冷台13；缸体冷台8设置在一级冷台10和二级冷台13之间；具体的，缸体冷台8安装在GM制冷机的一级冷台10和二级冷台13之间的二级气缸14上，具体的，缸体冷台8安装在二级气缸14总高度的5～50％处。低温射频同轴线6的一端与超导纳米线探测器连接，其另一端从上至下依次连接二级SMA连接器4、一级SMA连接器9和SMA气密性连接器17；低温射频同轴线6通过若干压线板7紧密贴合缸体冷台8，起导热效果。SMA气密性连接器17安装在真空挡
板16上，SMA气密性连接器17用于方便外部给超导纳米线探测器提供合适的工作偏置，使超导纳米线探测器开始正常工作。温度计21的信号线焊接在气密性航空连接器18上并通过KF25卡箍11固定在本实施例的低温恒温器上，用于获取低温恒温器内温度计电信号；KF25真空手动阀15通过KF25卡箍11设置在本实施例的低温恒温器上，用于隔断真空和低温恒温器大气压环境。GM制冷机冷台20连接压缩机，用于提供制冷量，使一级冷台和二级冷台冷却。
[0024]在使用时，采用二级冷台最低温度可达2.1K的GM制冷机作为冷源，使用机械泵连接KF25真空手动阀15，将真空罩1内部抽真空，当内部压力达到10Pa时，减少对流漏热；此时开启GM制冷机，当样品台5温度达到70K时，关闭KF25真空手动阀15，再关闭机械泵。GM制冷机冷台20提供足够的制冷量将一级冷台10和二级冷台13冷却，一级冷台10将一级冷屏屏蔽罩2和一级SMA连接器9冷却至40K，一级SMA连接器9将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道超导单光子探测器的三级预冷低温恒温器，其特征在于：包括真空罩、GM制冷机二级气缸、GM制冷机冷台、一级预冷结构、二级预冷结构、三级预冷结构、低温射频同轴线、用于放置超导单光子探测器的样品台；所述一级预冷结构、二级预冷结构和三级预冷结构从下至上依次设置在真空罩内部；所述一级预冷结构包括一级冷台和若干设置在所述一级冷台上的一级SMA连接器；所述二级预冷结构包括缸体冷台；所述三级预冷结构包括二级冷台、温度缓冲级和若干二级SMA连接器，若干二级SMA连接器设置在样品台上表面上，所述温度缓冲级设置在样品台下表面上，所述二级冷台与温度缓冲级连接；所述低温射频同轴线的一端与超导纳米线探测器相连，其另一端向下延伸，依次连接二级SMA连接器和一级SMA连接器后，与SMA气密性连接器连接，外部电压通过SMA气密性连接器给超导纳米线探测器提供工作偏置；位于缸体冷台处的低温射频同轴线通过压线板与缸体冷台紧密贴合；所述G...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蜡宝，戴懿，康琳，吴培亨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：