本實用新型涉及低溫恒溫器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超導(dǎo)納米線單光子探測的低溫恒溫器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)納米線單光子探測（簡稱SSPD或SNSPD）是量子通信研究的一個熱點領(lǐng)域，由于其具有高探測效率、低暗計數(shù)和高時間分辨率等優(yōu)點，近年來關(guān)于超導(dǎo)納米線單光子探測器的研究呈現(xiàn)“井噴式”發(fā)展。然而由于該類探測器需要在2.5K以下的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行工作，并且對溫度的穩(wěn)定性要求較高，以往的低溫恒溫器都存在溫度較高、溫度波動大、穩(wěn)定性較差等缺點，無法滿足單光子探測器正常工作時對環(huán)境溫度的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種用于超導(dǎo)納米線單光子探測的低溫恒溫器，可為超導(dǎo)納米線單光子探測器提供一個溫度低于2.5K且溫度波動小于±5mK的低溫環(huán)境，保證單光子探測器能夠正常工作，有效提高了單光子探測器的探測效率。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下。

一種用于超導(dǎo)納米線單光子探測的低溫恒溫器，包括真空罩、進(jìn)出線筒身、GM制冷機(jī)，所述真空罩、進(jìn)出線筒身、GM制冷機(jī)自上而下依次連接，所述真空罩內(nèi)部依次設(shè)置一級冷屏、二級冷屏，所述一級冷屏固定在一級冷臺上，一級冷臺固定在GM制冷機(jī)的一級冷頭上，所述二級冷屏固定在樣品臺上，樣品臺固定在GM制冷機(jī)的二級冷頭上，所述樣品臺上設(shè)置樣品托，所述樣品臺與GM制冷機(jī)的二級冷頭之間設(shè)置金屬墊塊，所述一級冷臺上設(shè)置若干個一級導(dǎo)冷片、一級同軸電纜壓板，所述GM制冷機(jī)的二級冷頭上設(shè)置若干個二級導(dǎo)冷片、二級同軸電纜壓板。

所述真空罩內(nèi)部壓力低于1×10Pa。

所述一級冷屏、二級冷屏、樣品臺表面鍍金、鍍銀或鍍鎳。

所述GM制冷機(jī)的最低溫度可達(dá)2.1K。

所述金屬墊塊為在2.5K左右低溫環(huán)境下比熱容較大的導(dǎo)熱材料。

本實用新型工作時，首先將真空罩內(nèi)部抽真空，當(dāng)壓力達(dá)到1×10Pa時，開啟GM制冷機(jī)進(jìn)行降溫，一級冷屏被GM制冷機(jī)的一級冷頭冷卻，二級冷屏被GM制冷機(jī)的二級冷頭冷卻，固定在GM制冷機(jī)的二級冷頭上的樣品臺、樣品臺上的樣品托也同步被冷卻，當(dāng)樣品臺的溫度達(dá)到2.5K時，固定在樣品托上的單光子探測器處于超導(dǎo)狀態(tài)，開始正常工作。

一級冷屏、二級冷屏、樣品臺表面進(jìn)行表面處理，降低表面發(fā)射率，減少真空罩內(nèi)部的輻射漏熱。

與單光子探測器相連接的同軸電纜通過一級導(dǎo)冷片、一級同軸電纜壓板固定在GM制冷機(jī)的一級冷頭上預(yù)冷，減少了同軸電纜對制冷機(jī)的二級冷頭的導(dǎo)熱漏熱；通過二級導(dǎo)冷片、二級同軸電纜壓板固定在GM制冷機(jī)的二級冷頭上預(yù)冷，減少了同軸電纜線對樣品托的導(dǎo)熱漏熱。

GM制冷機(jī)的二級冷頭與樣品臺之間設(shè)置在2.5K左右低溫環(huán)境下比熱容較大的金屬墊塊，減小了樣品臺的溫度波動。

本實用新型采用最低溫度可達(dá)2.1K的GM制冷機(jī)作為冷量來源，可將樣品臺溫度降至2.5K以下，通過真空罩內(nèi)部抽真空，減少了對流漏熱；通過對一級冷屏、二級冷屏、樣品臺進(jìn)行表面處理，減小了輻射漏熱；通過GM制冷機(jī)的一級冷頭、二級冷頭冷卻同軸電纜，減小導(dǎo)熱漏熱，同時在樣品臺與GM制冷機(jī)二級冷頭之間設(shè)置比熱容較大的金屬墊塊，不僅可以對樣品臺進(jìn)行快速降溫，而且保證了樣品臺的溫度波動維持在較低的水平，本實用新型可為單光子探測器提供溫度低于2.5K且溫度波動小于±5mK的低溫環(huán)境，有效提高了單光子探測器的探測效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的剖視圖。

其中：1. GM制冷機(jī)；2.真空罩；3. 一級冷屏；4. 二級冷屏；5. 樣品臺；6. 二級冷頭；7.同軸電纜；8. 一級冷頭； 10. 進(jìn)出線筒身；11. 一級冷臺；12. 一級導(dǎo)冷片；13. 一級同軸電纜壓板；14. 二級同軸電纜壓板；15. 二級導(dǎo)冷片；16. 金屬墊塊；17. 樣品托。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種用于超導(dǎo)納米線單光子探測的低溫恒溫器，包括真空罩2、進(jìn)出線筒身10、GM制冷機(jī)1，所述真空罩2、進(jìn)出線筒身10、GM制冷機(jī)1自上而下依次連接，真空罩2內(nèi)部依次設(shè)置一級冷屏3、二級冷屏4，一級冷屏3固定在一級冷臺11上，一級冷臺11固定在GM制冷機(jī)的一級冷頭8上，二級冷屏4固定在樣品臺5上，樣品臺5固定在GM制冷機(jī)的二級冷頭6上，樣品臺5上設(shè)置樣品托17，本實用新型采用最低溫度可達(dá)2.1K的GM制冷機(jī)1作為冷量來源，超導(dǎo)單光子探測器固定樣品托17上。

本實用新型工作時，首先將真空罩2內(nèi)部抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到1×10Pa時，開啟GM制冷機(jī)1進(jìn)行降溫，一級冷屏3被GM制冷機(jī)1的一級冷頭8冷卻至40K，二級冷屏4被GM制冷機(jī)1的二級冷頭6冷卻至2.5K，固定在GM制冷機(jī)1的二級冷頭6上的樣品臺5、樣品托17也被同步冷卻，當(dāng)樣品臺5的溫度達(dá)到2.5K時，固定在樣品托17上的單光子探測器處于超導(dǎo)狀態(tài)，開始正常工作。

本實用新型的一級冷屏3、二級冷屏4、樣品臺5表面進(jìn)行鍍金處理，降低了表面發(fā)射率，減少了真空罩2內(nèi)部的輻射漏熱。

與單光子探測器相連接的同軸電纜7首先通過一級導(dǎo)冷片12、一級同軸電纜壓板13固定在GM制冷機(jī)1的一級冷臺11上預(yù)冷，減少同軸電纜7對二級冷頭6的導(dǎo)熱漏熱；接著通過二級導(dǎo)冷片15、二級同軸電纜壓板14固定在GM制冷機(jī)二級冷頭上預(yù)冷，減少了同軸電纜7對樣品托17的導(dǎo)熱漏熱。

GM制冷機(jī)1的二級冷頭6與樣品臺5之間設(shè)置在2.5K左右的低溫環(huán)境下比熱容較大的金屬墊塊16，減小了樣品臺5的溫度波動。

本實用新型采用最低溫度可達(dá)2.1K的GM制冷機(jī)1作為冷量來源，將樣品臺5溫度降至2.5K以下，通過真空罩2內(nèi)部抽真空，減少了對流漏熱；通過對一級冷屏3、二級冷屏4、樣品臺5進(jìn)行表面處理，減小了輻射漏熱；通過GM制冷機(jī)1的一級冷頭8、二級冷頭6冷卻同軸電纜7，減小導(dǎo)熱漏熱，同時在樣品臺5與GM制冷機(jī)1的二級冷頭6之間設(shè)置比熱容大的金屬墊塊16，不僅可以對樣品臺5進(jìn)行快速降溫，而且保證了樣品臺5的溫度波動維持在較低的水平，為單光子探測器提供了一個溫度低于2.5K且溫度波動小于±5mK的低溫環(huán)境，有效提高了單光子探測器的探測效率。