[發(fā)明專利]可移動(dòng)式低溫弱光檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210106202.5
• 申請(qǐng)日: 2012-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102636256A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張蠟寶;康琳;陳健;吉爭(zhēng)鳴;吳培亨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01J1/02
• 分類(lèi)號(hào): G01J1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫弱光探測(cè)系統(tǒng)，尤其一種可移動(dòng)式低溫弱光探測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及利用該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的方法。?

背景技術(shù)

光探測(cè)器是光電系統(tǒng)的主要組成部分。高靈敏度的光探測(cè)器在國(guó)防工業(yè)、生物技術(shù)、公共安全和科學(xué)研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。光探測(cè)器的靈敏度、噪聲、響應(yīng)波長(zhǎng)、響應(yīng)速度等是光探測(cè)器的主要性能指數(shù)。要實(shí)現(xiàn)弱光檢測(cè)，甚至單光子檢測(cè)，探測(cè)器系統(tǒng)必須要盡可能的克服熱噪聲等，降低探測(cè)器工作溫度。?

因此，現(xiàn)有的高靈敏度光探測(cè)器均采用的制冷設(shè)計(jì)。例如，半導(dǎo)體制冷到零下40攝氏度，液氮降溫到77K，甚至液氦降溫到4.2K。當(dāng)具備工作溫度4K左右時(shí)，可選用的探測(cè)器靈敏度和信噪比等大大提高，具有非常優(yōu)異的性能。但由于該低溫條件相對(duì)比較苛刻，因此目前的系統(tǒng)主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或大型地面工作站，極大的限制了該類(lèi)探測(cè)器的應(yīng)用。?

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供了一種可重復(fù)性、可移動(dòng)式使用的低溫弱光檢測(cè)系統(tǒng)。?

本發(fā)明的另一目的在于提供利用該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的方法。?

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種可移動(dòng)式低溫弱光檢測(cè)系統(tǒng)，包括箱體和設(shè)置在所述箱體中的真空系統(tǒng)、芯片控制電路、系統(tǒng)光路、制冷機(jī)和壓縮機(jī)；所述箱體中橫向設(shè)置有一層隔板；所述制冷機(jī)設(shè)置在所述隔板上，制冷機(jī)中設(shè)置有樣品室；所述壓縮機(jī)設(shè)置在所述箱體的底部，并與所述制冷機(jī)連接為所述制冷機(jī)中的樣品室提供低溫環(huán)境；所述真空系統(tǒng)設(shè)置在箱體的上部空間，并與所述制冷機(jī)連接為所述制冷機(jī)中的樣品室提供真空環(huán)境；所述系統(tǒng)光路和芯片控制電路設(shè)置在箱體的頂部空間的兩個(gè)側(cè)壁上，用于分別傳導(dǎo)光信號(hào)和電信號(hào)，通過(guò)氣密接口將光信號(hào)和電信號(hào)導(dǎo)入所述制冷機(jī)的樣品室。所述系統(tǒng)光路采用光纖導(dǎo)光。本發(fā)明通過(guò)制冷機(jī)、壓縮機(jī)獲得4K低溫系統(tǒng)，真空機(jī)工作獲得真空環(huán)境隔絕與外界的熱交換，保持4K溫度。光路系統(tǒng)將光信號(hào)輸入低溫系統(tǒng)，電路系統(tǒng)將檢測(cè)到的信號(hào)放大并且控制芯片工作。?

本發(fā)明所述低溫弱光探測(cè)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)位于系統(tǒng)最底部，制冷機(jī)置于壓縮機(jī)上層的位置，光路系統(tǒng)及電路系統(tǒng)更高于制冷機(jī)的位置。保證了系統(tǒng)重心平衡，便于光纜和電纜連接，減小機(jī)械振動(dòng)的影響。?

低溫系統(tǒng)采用閉循環(huán)制冷機(jī)獲得4K低溫環(huán)境，通以220V交流電源即可正常工作，避免了使用液氦等制冷劑，因此無(wú)需液氦杜瓦和液氦回收系統(tǒng)。?

利用本發(fā)明所述的低溫弱光檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟：?

（1）連接光信號(hào)和電路，通以220V交流電源；

（2）啟動(dòng)真空泵抽真空，制冷機(jī)樣品室獲得真空環(huán)境；

（3）啟動(dòng)壓縮機(jī)降溫，獲得低溫環(huán)境；

（4）打開(kāi)探測(cè)器控制電源和測(cè)量電路電源，進(jìn)行測(cè)量。

利用本發(fā)明系統(tǒng)檢測(cè)獲得低溫系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單，使用方便，操作場(chǎng)所不限于實(shí)驗(yàn)室或地面作業(yè)工作站。?

本發(fā)明低溫弱光探測(cè)系統(tǒng)適用于低溫弱光檢測(cè)器芯片的常規(guī)工作溫度范圍4±1K，通過(guò)輻射屏蔽和增加加熱裝置，可擴(kuò)展其工作溫度到1.8-300K范圍。?

有益效果：1、本發(fā)明壓縮機(jī)位于系統(tǒng)最底部，制冷機(jī)置于壓縮機(jī)上層的位置，光路系統(tǒng)及電路系統(tǒng)更高于制冷機(jī)的位置，使得系統(tǒng)重心平衡，便于光纜和電纜連接，減小機(jī)械振動(dòng)的影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。2、采用閉循環(huán)制冷機(jī)獲得4K低溫環(huán)境，避免了使用液氦等制冷劑，通以220V交流電源即可，因此獲得低溫系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單。3、本發(fā)明通過(guò)壓縮機(jī)和制冷機(jī)獲得4K低溫環(huán)境，連接電路，打開(kāi)光路即可進(jìn)行檢測(cè)，因此操作地點(diǎn)不限，增強(qiáng)了低溫弱光探測(cè)系統(tǒng)的可移動(dòng)性，克服了低溫光探測(cè)器移動(dòng)的難題。?

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2為本發(fā)明的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖。?

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。?

實(shí)施例：如圖1所示，本發(fā)明可移動(dòng)式低溫弱光檢測(cè)系統(tǒng)，包括4K低溫系統(tǒng)1、系統(tǒng)光路2、控制電源3和信號(hào)放大部分4，其中，4K低溫系統(tǒng)1由壓縮機(jī)、制冷機(jī)和真空系統(tǒng)組成；控制電源3和信號(hào)放大部分4同屬于芯片控制電路。檢測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)低溫系統(tǒng)1將工作環(huán)境溫度降到并保持在4K。打開(kāi)光路系統(tǒng)2，光纖傳導(dǎo)光信號(hào)，通過(guò)氣密性接口將光信號(hào)通入低溫系統(tǒng)1。芯片控制電路系統(tǒng)提供芯片工作所需的電源，芯片正常工作的控制以及輸出信號(hào)的放大。?

如圖2所示，本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)包括箱體和設(shè)置在所述箱體中的真空系統(tǒng)1、芯片控制電路2、系統(tǒng)光路3、制冷機(jī)4和壓縮機(jī)5；所述箱體中橫向設(shè)置有一層隔板；所述制冷機(jī)4設(shè)置在所述隔板上，制冷機(jī)4中設(shè)置有樣品室；所述壓縮機(jī)5設(shè)置在所述箱體的底部，并與所述制冷機(jī)4連接為所述制冷機(jī)4中的樣品室提供低溫環(huán)境；制冷機(jī)4和壓縮機(jī)5實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境，通過(guò)閉循環(huán)制冷機(jī)獲得約4K的樣品臺(tái)，降低樣品的溫度，達(dá)到其最佳工作狀態(tài)。所述真空系統(tǒng)1設(shè)置在箱體的上部空間，并與所述制冷機(jī)4連接為所述制冷機(jī)4中的樣品室提供真空環(huán)境，真空系統(tǒng)1控制制冷機(jī)內(nèi)樣品室真空度，通過(guò)真空隔絕外界和冷頭熱傳遞，并且減少芯片樣品的氧化造成的退化；所述系統(tǒng)光路3和芯片控制電路2設(shè)置在箱體的頂部空間的兩個(gè)側(cè)壁上，通過(guò)氣密接口將光信號(hào)和電信號(hào)導(dǎo)入所述制冷機(jī)4的樣品室。芯片控制電路2實(shí)現(xiàn)芯片電源的提供、芯片工作方式的控制和輸出信號(hào)的放大處理等；系統(tǒng)光路3通過(guò)光纖將檢測(cè)光信號(hào)輸入探測(cè)器檢測(cè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)超低損耗光傳輸和光信號(hào)的檢測(cè)。?