可移動式低溫弱光檢測系統及檢測方法
2023-05-13 21:49:06
專利名稱：可移動式低溫弱光檢測系統及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫弱光探測系統，尤其一種可移動式低溫弱光探測系統，本發明還涉及利用該檢測系統進行檢測的方法。
背景技術：
光探測器是光電系統的主要組成部分。高靈敏度的光探測器在國防工業、生物技術、公共安全和科學研究中發揮著關鍵作用。光探測器的靈敏度、噪聲、響應波長、響應速度 等是光探測器的主要性能指數。要實現弱光檢測，甚至單光子檢測，探測器系統必須要儘可能的克服熱噪聲等，降低探測器工作溫度。因此，現有的高靈敏度光探測器均採用的製冷設計。例如，半導體製冷到零下40攝氏度，液氮降溫到77K，甚至液氦降溫到4. 2K。當具備工作溫度4K左右時，可選用的探測器靈敏度和信噪比等大大提高，具有非常優異的性能。但由於該低溫條件相對比較苛刻，因此目前的系統主要應用於實驗室或大型地面工作站，極大的限制了該類探測器的應用。
發明內容
發明目的本發明的目的在於提供了一種可重複性、可移動式使用的低溫弱光檢測系統。本發明的另一目的在於提供利用該檢測系統進行檢測的方法。技術方案本發明所述的一種可移動式低溫弱光檢測系統，包括箱體和設置在所述箱體中的真空系統、晶片控制電路、系統光路、制冷機和壓縮機；所述箱體中橫向設置有一層隔板；所述制冷機設置在所述隔板上，制冷機中設置有樣品室；所述壓縮機設置在所述箱體的底部，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供低溫環境；所述真空系統設置在箱體的上部空間，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供真空環境；所述系統光路和晶片控制電路設置在箱體的頂部空間的兩個側壁上，用於分別傳導光信號和電信號，通過氣密接口將光信號和電信號導入所述制冷機的樣品室。所述系統光路採用光纖導光。本發明通過制冷機、壓縮機獲得4K低溫系統，真空機工作獲得真空環境隔絕與外界的熱交換，保持4K溫度。光路系統將光信號輸入低溫系統，電路系統將檢測到的信號放大並且控制晶片工作。本發明所述低溫弱光探測系統中，壓縮機位於系統最底部，制冷機置於壓縮機上層的位置，光路系統及電路系統更高於制冷機的位置。保證了系統重心平衡，便於光纜和電纜連接，減小機械振動的影響。低溫系統採用閉循環制冷機獲得4K低溫環境，通以220V交流電源即可正常工作，避免了使用液氦等製冷劑，因此無需液氦杜瓦和液氦回收系統。利用本發明所述的低溫弱光檢測系統進行檢測的方法，包括如下步驟
(1)連接光信號和電路，通以220V交流電源；
(2)啟動真空泵抽真空，制冷機樣品室獲得真空環境；(3)啟動壓縮機降溫，獲得低溫環境；
(4 )打開探測器控制電源和測量電路電源，進行測量。利用本發明系統檢測獲得低溫系統的實驗條件簡單，使用方便，操作場所不限於實驗室或地面作業工作站。
本發明低溫弱光探測系統適用於低溫弱光檢測器晶片的常規工作溫度範圍4±1K，通過輻射屏蔽和增加加熱裝置，可擴展其工作溫度到I. 8-300Κ範圍。有益效果1、本發明壓縮機位於系統最底部，制冷機置於壓縮機上層的位置，光路系統及電路系統更高於制冷機的位置，使得系統重心平衡，便於光纜和電纜連接，減小機械振動的影響，增強了系統工作的穩定性。2、採用閉循環制冷機獲得4Κ低溫環境，避免了使用液氦等製冷劑，通以220V交流電源即可，因此獲得低溫系統的實驗條件簡單。3、本發明通過壓縮機和制冷機獲得4Κ低溫環境，連接電路，打開光路即可進行檢測，因此操作地點不限，增強了低溫弱光探測系統的可移動性，克服了低溫光探測器移動的難題。
圖I為本發明的系統結構示意圖。圖2為本發明的實物結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。實施例如圖I所示，本發明可移動式低溫弱光檢測系統，包括4Κ低溫系統I、系統光路2、控制電源3和信號放大部分4，其中，4Κ低溫系統I由壓縮機、制冷機和真空系統組成；控制電源3和信號放大部分4同屬於晶片控制電路。檢測系統工作時，通過低溫系統I將工作環境溫度降到並保持在4Κ。打開光路系統2，光纖傳導光信號，通過氣密性接口將光信號通入低溫系統I。晶片控制電路系統提供晶片工作所需的電源，晶片正常工作的控制以及輸出信號的放大。如圖2所示，本發明檢測系統包括箱體和設置在所述箱體中的真空系統I、晶片控制電路2、系統光路3、制冷機4和壓縮機5 ;所述箱體中橫向設置有一層隔板；所述制冷機4設置在所述隔板上，制冷機4中設置有樣品室；所述壓縮機5設置在所述箱體的底部，並與所述制冷機4連接為所述制冷機4中的樣品室提供低溫環境；制冷機4和壓縮機5實現低溫環境，通過閉循環制冷機獲得約4Κ的樣品臺，降低樣品的溫度，達到其最佳工作狀態。所述真空系統I設置在箱體的上部空間，並與所述制冷機4連接為所述制冷機4中的樣品室提供真空環境，真空系統I控制制冷機內樣品室真空度，通過真空隔絕外界和冷頭熱傳遞，並且減少晶片樣品的氧化造成的退化；所述系統光路3和晶片控制電路2設置在箱體的頂部空間的兩個側壁上，通過氣密接口將光信號和電信號導入所述制冷機4的樣品室。晶片控制電路2實現晶片電源的提供、晶片工作方式的控制和輸出信號的放大處理等；系統光路3通過光纖將檢測光信號輸入探測器檢測區域，實現超低損耗光傳輸和光信號的檢測。
權利要求
1.一種可移動式低溫弱光檢測系統，其特徵在於包括箱體和設置在所述箱體中的真空系統、晶片控制電路、系統光路、制冷機和壓縮機；所述箱體中橫向設置有一層隔板；所述制冷機設置在所述隔板上，制冷機中設置有樣品室；所述壓縮機設置在所述箱體的底部，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供低溫環境；所述真空系統設置在箱體的上部空間，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供真空環境；所述系統光路和晶片控制電路設置在箱體的頂部空間的兩個側壁上，通過氣密接口將光信號和電信號導入所述制冷機的樣品室。
2.根據權利要求I所述的低溫弱光檢測系統，其特徵在於所述系統光路採用光纖導光。
3.據權利要求I所述的低溫弱光檢測系統進行檢測的方法，其特徵在於包括如下步驟 (1)連接光信號和電路，通以220V交流電源； (2)啟動真空泵抽真空，制冷機樣品室獲得真空環境； (3)啟動壓縮機降溫，獲得低溫環境； (4 )打開探測器控制電源和測量電路電源，進行測量。
全文摘要
本發明公開了一種可移動式低溫弱光檢測系統，包括箱體和設置在所述箱體中的真空系統、晶片控制電路、系統光路、制冷機和壓縮機；所述箱體中橫向設置有一層隔板；所述制冷機設置在所述隔板上，制冷機中設置有樣品室；所述壓縮機設置在所述箱體的底部，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供低溫環境；所述真空系統設置在箱體的上部空間，並與所述制冷機連接為所述制冷機中的樣品室提供真空環境；所述系統光路和晶片控制電路設置在箱體的頂部空間的兩個側壁上，通過氣密接口將光信號和電信號導入所述制冷機的樣品室。本發明的系統重心平衡，便於光纜和電纜連接，減小了機械振動的影響，增強了系統工作的穩定性，增強了系統的可移動性，克服了低溫光探測器移動的難題,極大地拓展了低溫器件的應用範圍和領域。
文檔編號G01J1/02GK102636256SQ20121010620
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者吉爭鳴, 吳培亨, 康琳, 張蠟寶, 陳健 申請人:南京大學