[发明专利]可移动式低温弱光检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温弱光探测系统，尤其一种可移动式低温弱光探测系统，本发明还涉及利用该检测系统进行检测的方法。 

背景技术

光探测器是光电系统的主要组成部分。高灵敏度的光探测器在国防工业、生物技术、公共安全和科学研究中发挥着关键作用。光探测器的灵敏度、噪声、响应波长、响应速度等是光探测器的主要性能指数。要实现弱光检测，甚至单光子检测，探测器系统必须要尽可能的克服热噪声等，降低探测器工作温度。 

因此，现有的高灵敏度光探测器均采用的制冷设计。例如，半导体制冷到零下40摄氏度，液氮降温到77K，甚至液氦降温到4.2K。当具备工作温度4K左右时，可选用的探测器灵敏度和信噪比等大大提高，具有非常优异的性能。但由于该低温条件相对比较苛刻，因此目前的系统主要应用于实验室或大型地面工作站，极大的限制了该类探测器的应用。 

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供了一种可重复性、可移动式使用的低温弱光检测系统。 

本发明的另一目的在于提供利用该检测系统进行检测的方法。 

技术方案：本发明所述的一种可移动式低温弱光检测系统，包括箱体和设置在所述箱体中的真空系统、芯片控制电路、系统光路、制冷机和压缩机；所述箱体中横向设置有一层隔板；所述制冷机设置在所述隔板上，制冷机中设置有样品室；所述压缩机设置在所述箱体的底部，并与所述制冷机连接为所述制冷机中的样品室提供低温环境；所述真空系统设置在箱体的上部空间，并与所述制冷机连接为所述制冷机中的样品室提供真空环境；所述系统光路和芯片控制电路设置在箱体的顶部空间的两个侧壁上，用于分别传导光信号和电信号，通过气密接口将光信号和电信号导入所述制冷机的样品室。所述系统光路采用光纤导光。本发明通过制冷机、压缩机获得4K低温系统，真空机工作获得真空环境隔绝与外界的热交换，保持4K温度。光路系统将光信号输入低温系统，电路系统将检测到的信号放大并且控制芯片工作。 

本发明所述低温弱光探测系统中，压缩机位于系统最底部，制冷机置于压缩机上层的位置，光路系统及电路系统更高于制冷机的位置。保证了系统重心平衡，便于光缆和电缆连接，减小机械振动的影响。 

低温系统采用闭循环制冷机获得4K低温环境，通以220V交流电源即可正常工作，避免了使用液氦等制冷剂，因此无需液氦杜瓦和液氦回收系统。 

利用本发明所述的低温弱光检测系统进行检测的方法，包括如下步骤： 

（1）连接光信号和电路，通以220V交流电源；

（2）启动真空泵抽真空，制冷机样品室获得真空环境；

（3）启动压缩机降温，获得低温环境；

（4）打开探测器控制电源和测量电路电源，进行测量。

利用本发明系统检测获得低温系统的实验条件简单，使用方便，操作场所不限于实验室或地面作业工作站。 

本发明低温弱光探测系统适用于低温弱光检测器芯片的常规工作温度范围4±1K，通过辐射屏蔽和增加加热装置，可扩展其工作温度到1.8-300K范围。 

有益效果：1、本发明压缩机位于系统最底部，制冷机置于压缩机上层的位置，光路系统及电路系统更高于制冷机的位置，使得系统重心平衡，便于光缆和电缆连接，减小机械振动的影响，增强了系统工作的稳定性。2、采用闭循环制冷机获得4K低温环境，避免了使用液氦等制冷剂，通以220V交流电源即可，因此获得低温系统的实验条件简单。3、本发明通过压缩机和制冷机获得4K低温环境，连接电路，打开光路即可进行检测，因此操作地点不限，增强了低温弱光探测系统的可移动性，克服了低温光探测器移动的难题。 

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。 

图2为本发明的实物结构示意图。 

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。 

实施例：如图1所示，本发明可移动式低温弱光检测系统，包括4K低温系统1、系统光路2、控制电源3和信号放大部分4，其中，4K低温系统1由压缩机、制冷机和真空系统组成；控制电源3和信号放大部分4同属于芯片控制电路。检测系统工作时，通过低温系统1将工作环境温度降到并保持在4K。打开光路系统2，光纤传导光信号，通过气密性接口将光信号通入低温系统1。芯片控制电路系统提供芯片工作所需的电源，芯片正常工作的控制以及输出信号的放大。 

如图2所示，本发明检测系统包括箱体和设置在所述箱体中的真空系统1、芯片控制电路2、系统光路3、制冷机4和压缩机5；所述箱体中横向设置有一层隔板；所述制冷机4设置在所述隔板上，制冷机4中设置有样品室；所述压缩机5设置在所述箱体的底部，并与所述制冷机4连接为所述制冷机4中的样品室提供低温环境；制冷机4和压缩机5实现低温环境，通过闭循环制冷机获得约4K的样品台，降低样品的温度，达到其最佳工作状态。所述真空系统1设置在箱体的上部空间，并与所述制冷机4连接为所述制冷机4中的样品室提供真空环境，真空系统1控制制冷机内样品室真空度，通过真空隔绝外界和冷头热传递，并且减少芯片样品的氧化造成的退化；所述系统光路3和芯片控制电路2设置在箱体的顶部空间的两个侧壁上，通过气密接口将光信号和电信号导入所述制冷机4的样品室。芯片控制电路2实现芯片电源的提供、芯片工作方式的控制和输出信号的放大处理等；系统光路3通过光纤将检测光信号输入探测器检测区域，实现超低损耗光传输和光信号的检测。