一种极低振动的低温光电测试装置的制作方法

1.本实用新型属于低温测试装置技术领域，涉及一种极低振动的低温光电测试装置。


背景技术：

2.随着科研技术的进步，传统的低温测试和光学测试结合越来越紧密，很多科研人员都要求能在低振动下进行低温光、电学实验。对显微等光学测试，任何微小的振动都会很明显的干扰测试，在排除了外界振动干扰后，作为冷源的低温装置的振动消除也很重要。
3.主流的制冷方式有两种：1、直接浸泡在制冷剂(液氮/液氦等)中；2、采用制冷机制冷；对于方法1，其简单有效，振动微弱，能满足大部分低振动实验要求，但是为了获得更低温度，必须使用液氦制冷，但是液氦资源常面临紧缺，这就大大限制了液氦的使用。
4.对于方法2，随着技术进步，采用制冷机制冷也越来越受科研人员的重视与青睐，常用的是gifford
‑
mcmahon(简称g
‑
m)制冷机，能很大程度满足科研要求，但是其工作原理决定了其运行中有较大振动(um量级)，对于低温光学、电学、微弱信号测量、量子点测量、重力波探测等领域而言，这种量级的振动是不能忍受的，如何减少或者避免振动对上述实验领域的影响很关键。
5.此前g
‑
m制冷机为了减振，直接采用橡胶管连接冷头和样品部分，样品台和二级冷头以及冷屏采用机械连接，添加隔振(弹簧)系统。这就需要保证实验中，冷头和样品台同心，但是在升降温过程中，受材料热胀冷缩等影响，很容易导致冷头和样品台错位，冷头的振动就会传递到样品台。
6.鉴于上述现有技术存在的问题，本实用新型通过技术创新，提供了一种极低振动的低温光电测试装置，来克服上述问题。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于，提供了一种极低振动的低温光电测试装置。
8.本实用新型采用如下的技术方案：
9.一种极低振动的低温光电测试装置，包括：制冷机、转接法兰、减振波纹管、仪表裙、外真空罩、冷屏、内真空罩以及样品座，
10.所述制冷机、转接法兰、减振波纹管、仪表裙、外真空罩以及样品座自上而下依次连接；
11.所述减振波纹管连接制冷机和内真空罩；
12.所述外真空罩、冷屏以及内真空罩由外而内依次安装；
13.所述样品座安装于内真空罩底部，且样品座位于所述冷屏内部。
14.所述低温光电测试装置还包括落地支架，所述落地支架上部带有三维移动平台和固定板，落地支架底部设有脚轮。
15.所述制冷机为二级g
‑
m制冷机，其包含一级冷头和二级冷头，一级冷头和二级冷头自上而下依次相连接。
16.所述二级冷头底部装有热交换器，二级冷头和热交换器位于内真空罩内部，与内真空罩无机械连接。
17.所述上转接法兰侧面装有多支歧管，其中，一支为氦气进口，一支为抽气口，另一支装有安全阀；
18.所述减振波纹管上端通过上转接法兰与制冷机相连，下端通过下转接法兰与仪表裙相连。所述减振波纹管内部与内真空罩相连，构成交换气体腔。
19.所述低温光电测试装置还包括仪表裙，所述仪表裙四周安装有泵抽口、电学接头和盲板口，所述仪表裙上部通过下转接法兰与减振波纹管连接，下部与外真空罩相连。
20.所述外真空罩在底部设有水平延伸部分，延伸部分由外而内依次为水平真空外壳、水平冷屏以及水平冷指，水平冷指一端与样品座连接，另一端固定样品托并装载待测样品；水平真空罩末端的上、下方安装光学窗口，光学窗口和样品托位于一条竖直线上。
21.所述样品座侧壁安装有温度计和加热器，样品托与样品座直接相连，样品座处于有开口的冷屏中，光学窗口安装于外真空罩下部，窗口和待测样品处于同一条水平线方向。
22.所述冷屏固定于所述内真空罩中部，所述一级冷头和冷屏的距离为3英寸。
23.所述低温光电测试装置还包括底部位移平台和光学平台，所述底部位移平台与外真空罩底部相连并固定在光学平台上。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
25.本实用新型通过减振波纹管连接制冷机和内真空罩，形成密闭的氦气交换腔体，能一步到位的将制冷机的振动隔离在外，避免传递到样品座上，保证其振动水平达到纳米量级；二级冷头的热交换器能最大化的利用其冷量，高纯氦气作为导冷介质，充于交换气体中，将冷量迅速传递到样品座；镜面抛光铝制冷屏阻挡室温辐射，保证温度更低更稳定，对于4k制冷机冷头温度变化范围为5k～325k，对于10k制冷机冷头，温度变化范围为10k～325k；相较于现有的隔振技术，本实用新型的在支架上也做了创新改进，增加三维移动调节，实时调整恒温器降温过程中热胀冷缩导致不同心问题。
附图说明
26.图1为极低振动的低温光电测试装置整体斜视图；
27.图2为极低振动的低温光电测试装置主体部分斜视图；
28.图3为极低振动的低温光电测试装置主体部分正视图；
29.其中，1为落地支架；2为制冷机；3为转接法兰；4为减振波纹管；5为仪表裙；6为外真空壳；7为冷屏；8为内真空罩；9为样品座；10为底部三维平移台；11为光学平台；12为三维平移台；13为固定板；14为脚轮；15为一级冷头；16为二级冷头；17为热交换器；18为多支歧管；19为泵抽口；20为电学接头；21为盲板口；22为水平真空外罩；23为水平冷屏；24为水平冷指；25为样品托；26为光学窗口。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施
例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
31.本发明中涉及的振动水平低至nm量级。
32.对于4k制冷机冷头温度变化范围为5k～325k，对于10k制冷机冷头，温度变化范围为10k～325k。
33.如附图1、2所示，本实用新型提供一种极低振动的低温光电测试装置，包括：落地支架1、制冷机2、转接法兰3、减振波纹管4、仪表裙5、外真空罩6、冷屏7、内真空罩8、样品座9、底部三维位移台10、光学平台11。自上而下依次为落地支架1、制冷机2、转接法兰3、减振波纹管4、仪表裙5、外真空罩6、底部三维位移台10，光学平台11；外真空罩6、冷屏7、内真空罩8由外而内依次安装；落地支架1上部带有三维移动平台12和固定板13，可以固定和调整制冷机2位置，落地支架底部设有脚轮14；制冷机2包含一级冷头15和二级冷头16，自上而下依次相连接；热交换器17上部安装于二级冷头16周围，下部悬空；二级冷头16和热交换器17位于内真空罩8内部，与内真空罩8无机械连接；上转接法兰3侧面装有多支歧管18，一支为氦气进口，一支为抽气口，另一支装有安全阀；减振波纹管4上端与制冷机2相连，下端与仪表裙5连接。减振波纹管4内部与内真空罩8相连，构成交换气体腔；仪表裙5位于减振波纹管4和外真空罩6之间，仪表裙5四周安装泵抽口19、电学接头20和盲板口21；
34.外真空罩6在底部设有水平延伸部分，延伸部分由外而内依次为水平真空外罩22,水平冷屏23，水平冷指24。水平冷指24一端与样品座9连接，另一端固定样品托25，装载待测样品。水平真空外罩22末端的上、下方安装光学窗口26，光学窗口26和样品托25位于一条竖直线上。此时整个低温测试装置形状为“l”形；还可以为：样品托与样品座直接相连，样品座9处于有开口的冷屏7中。光学窗口26安装于外真空罩6下部，光学窗口26和待测样品处于同一条水平线方向，此时整个低温测试装置形状为“i”形。
35.冷屏7固定于内真空罩8中部，即一级冷头15位置附近。样品座9安装于内真空罩8底部，且位于冷屏7内部；底部位移平台10与外真空罩6底部相连固定在光学平台11上，可微调内部真空罩相对于二级冷头16的位置。
36.本实用新型工作时，首先对交换气体腔进行抽、充氦气操作，即“洗气”，接通多支歧管18的氦气进口和抽气口，多次反复冲、抽高纯氦气，以确保交换气体腔内的空气基本排除干净，最后回填适量氦气于交换气体腔，至减振波纹管轻微鼓起，以便达到最佳减振效果。
37.其次，对真空腔进行抽真空，将泵组与泵抽口连接，待真空腔内真空度下降至10
‑4torr及以下量级后，可启动制冷机。
38.最后，开启制冷机进行降温，通过三维移动平台调整制冷机位置，以保证制冷机冷头和内真空罩为同心。随着温度不断降低，水平冷指会因为热胀冷缩原理而收缩，导致样品托会稍微偏离光学观察窗口，此时只需调节固定在光学平台上的底部三维移动平台，使得样品托始终处于观测中心位置。
39.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当
理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。