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基于JT Valve技术的闭环ST-500恒温器研制成功

ST-500低温恒温器是一款顶级的显微镜型恒温器,低膨胀系数材料结合环形汽化器以及优化的内部隔振措施使得该款恒温器的振动和漂移水平极低(小于10nm),紧凑型设计满足短焦距显微物镜要求,易于匹配各种显微镜和商用Raman光谱仪,可用作单量子/单分子测试低温平台,选配大样品腔容纳纳米定位台、物镜和金刚石压砧,增加snout组件可匹配超导磁体、电磁铁或永磁体。

    基于最新低温科技成果,Janis开发出基于JT valve技术的氦气循环型恒温器,可将开环型ST-500升级为闭环型ST-500系统,无需消耗液氦即可获得4K甚至更低的温度。闭环型ST-500恒温器包括两套闭环气路,其中一个闭环气路是由冷头、氦气管线和压缩机组成的4K制冷机循环系统。另一个闭环气路是包括JT valve在内的氦气循环型恒温器、超绝热柔性管线、ST-500恒温器/插件和气体处理系统构成的闭环系统。利用4K制冷机的冷量将氦气循环型恒温器管道里进行预冷,然后通过JT valve节流膨胀获得1.5K左右的超流液氦,经绝热柔性管线进入ST-500恒温器的环形汽化器内汽化,汽化后的氦气通过气体处理系统再回到氦气循环型恒温器里,周而复始,ST-500恒温器可长时间连续工作在4K甚至3K以下的低温。

    无论是采用GM制冷机还是采用Pulse tube制冷机,绝热柔性管线都可以很好地将冷头和压缩机的振动与ST-500恒温器隔离开。闭环ST-500恒温器不仅保持了开环ST-500恒温器超低振动/漂移、轻质操作方便、易与显微镜和Raman光谱仪、超导磁体集成等特性外,完全不消耗液氦,使用费用大大降低。此外,闭环ST-500恒温器可连续长时间工作而不受液氦存储杜瓦容量的限制,这对需要进行长时间连续实验至关重要,可用于冷却单量子点单光子源、单光子探测器、微腔和光纤的量子耦合、量子存储和量子调控等。闭环ST-500恒温器首次降温大约2.5小时降至5K左右,换样时可以将氦气循环型恒温器处于运行状态,这样换样后再降温的时间可以大大减少,仅需40分钟左右即可降到5K左右,极大提高了恒温器的使用效率。采用1.5W@4.2K的制冷机的闭环ST-500显微镜恒温器制冷机在4.2K时制冷量超过120mW。



闭环ST-500显微镜恒温器装置图


       闭环ST-500显微镜恒温器初始降温过程               闭环ST-500显微镜恒温器换样后降温过程


  采用不同冷头的闭环ST-500显微镜恒温器热负载曲线对比



闭环ST-500显微镜恒温器振动测试数据


 2017-12-30

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