→样品腔温度分布区域划分

图2.无真空罩和防辐射罩的样品腔俯视图

ColdTABLE，样品腔 2.2一4K冷盘尺寸信息

为满足用户需求，ColdTABLE提供了两种尺寸的样品腔：其中较小的样品腔拥有更低的振动和更优异的低实验提供更充足的实验空间。

Standard

\boldsymbol { ∞ } 1 0 0 { \mm } 冷盘2 . 8 \mathsf { K } 最低温度

图1.Standard样品腔的俯视图(包含默认的电学及其他功能性接口)

-尺寸信息(mm)

50K环状区域,I.D.0120/O.D.0170
4 \mathsf { K } 冷盘，0100
4K样品区域，75

-信号接口模块区域 (默认)

24Pins用于直流测试
24pins用于压电运动控制
1个A-type 模块 (预留)
1 pc B-type 模块 (预留)

-温度计&加热器

1 Cernox ^ + 50W加热器

-其他

图2.Standard样品腔的工程图

.Max

\mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \left( { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \mathtt { \Gamma } \right) } 冷盘3 . 3 \mathsf { K } 最低温度

-尺寸信息(mm)

图3..Max样品腔的俯视图 (包含默认的电学及其他功能性接口)

50K环状区域I.D.@210/O.D.280
4K冷盘， \mathtt { \Gamma } _ { \mathtt { δ } 2 0 0 }
4K样品区域，0148

-信号接口模块区域 (默认)

4Pins用于直流测试
24 pins用于压电运动控制
1个A-type 模块 (预留)
1 pc B-type 模块 (预留)

-温度计&加热器

1 Cernox ^ + 50W加热器

-其他

图4..Max样品腔的工程图

ColdTABLE，样品腔2.3一4K 电学接口&功能模块

默认配置的直流电学线路主要用于温度、压电运动控制；除此之外，ColdTBALE还预留了射频、低频同车

4K冷环区域电学接口布局 (功能区)

1.ColdTABLE为电学接口提供了两种通用尺寸的安装转接板(详见本页）。
2.未使用区域可使用空白的安装转接板代替，以便后续使用过程中的升级。

图1.4K冷环区域的俯视图-Standard版本

\blacktriangleleft 电学接口&安装转接板清单

"B-Type"电学接口安装转接板

"A-Type"电学接口安装转接板

以及直流等电学接口。

图2.4K冷环区域的俯视图-.Max版本.

ColdTABLE，样品腔2.4一光学窗口布局

作为一款专为光学实验而设计的低温系统，ColdTABLE预留了丰富的光学窗口，如适用于自由空间激光白

·标准光学窗口配置

8个侧面光学窗口，均匀分布在样品腔四周；
1个顶部光学窗口;
光学窗口外表面皆可支持30mm光学笼式接口&SM1或SM1.5安装螺纹。

图1.样品腔的光学接口：光学窗口空间布局

图2.样品腔的剖面图

00店

光学笼式结构<br>图3.2-1.5英寸光学窗口，支持30mm的光学笼式结构<br>图3.1-1英寸光学窗口，支持30mm的光学笼式结构

勺光学窗口：侧面的8个窗口和顶部1个光学窗口；和适用于光纤的多种真空气密接口。

\blacktriangleleft Tech.note,光学镜片选择

1．窗口结构

一 (默认)平窗口片一楔形(30 arcmin)窗口

2．外径信息

一 (默认t）1英寸窗口 (baremirror)/0.75英寸的有效通光孔径 (安装后)-1.5英寸窗口 (baremirror)/1.2英寸的有效通光孔径 (安装后)

3．镜片厚度

1 (默认)3mm

真空光学窗口工程草图

三

图4.1-光学窗口位置高度信息<br>图4.2-光学窗口的详细结构

ColdTABLE，样品腔 2.5一光学平台

ColdTABLE提供各种尺寸、厚度和高度的光学平台，以满足最终用户实验要求。

→光学平台尺寸

用户可根据自己实验室的实际状况和实验需求来选择合适尺寸的光学平台，我们尽最大努力来满足和实现用户的需求。下表给出了几种推荐尺寸的光学平台 (其它尺寸可咨询多场技术人员)。

→光学平台厚度

为ColdTABLE的光学台面主要是304不锈钢材质，其台面以 2 5 ~ \mathsf {mm } x 2 5 ~ \mathsf {mm } 间距布满了M6规格的安装螺孔，下表给出了推荐的两种光学平台厚度 (其它尺寸可咨询多场技术人员)。

＊更厚的光学台面意味着更坚固、更重的台面，这通常提供更可靠的防振水平，即4K冷板的振动更低。同时，较厚的光学平台意味着更长的传热路径，因此较厚的光学平台将导致更慢的降温速率和更高系统最低温度。

光学平台高度

考虑到最终用户光学平台的高度不同，ColdTABLE现有光路和光学窗口应与实验室已有光学平台光路在同一水平位置。我们可以为用户提供各种高度的光学平台，以满足实验要求。

ColdTABLE，系统性能3.1一降温时间＆温度稳定性

基于精巧的低温结构设计和极可靠的“Kevinion”系列低温温控仪，ColdTABLE展现了极致的温度稳定性

温度稳定性,优于 2 . \mathsf { m K } _ { \odot . 4 . 5 \mathsf { K } } \& \ 2 0 \mathsf { m K } _ { \odot } 全温区

图1.全工作温度区间下ColdTABLE的温度稳定性

→ColdTABLE系统的温度控制模块

为用户提供极可靠和稳定的低温环境

1.低温温度控制模块构成

一低温温度计，Cernox1050一低温加热器,50Ω,max.50W

2．低温温度模块位置

-系统的默认温度控制模块(包括温度计和加热器）直接安装在4K样品板的底面 (有关4K样品板，请参阅第1.2节)

3.低温温度控制器

-来自多场科技的"Kelvinion"温度控制器。 (详情见下一页)

4.可升级选件

一如果客户需要，ColdTABLE最多支持安装4支低温温度计

5．温控电学接口

-所有电学接口转接放置在4K冷环区域

降温时间180分钟，系统可从 3 0 0 \mathsf { K } 降至 4 \mathsf { K } <br>图2.无热负载下ColdTABLE的降温曲线

ColdTABLE，系统性能 3.1一低温温度控制器，“Kelviniol

支持最大100W功率输出和最低300mK温度控制

温控仪·Kelvinion

产品特点

一温度测量和控制可低至300mK;
-8路独立的温度测量通道，分辨率高达 0 . 1 ~ { m K } (24-bit ADC) ;
一自动调整温度测试激励电流，以获得最高的测量精度和最低的发热量；
-支持 1 0 0 0 + 条用户自定义分度表；
-2路PID输出通道，最大功率分别100W&50W;
一支持2路继电器和2路模拟输出；
-可设置升降温速率；
一在不同温度区间范围，PID参数可以根据Zone表自动切换（Zone模式）；
-支持USB(串口),LAN和GPIB 通讯方式;
一拥有加热器短路和开路监测，设定值和温度限制等安全保护措施。

MultiFields推出的“Kelvinion"是一款功能强大的低温温控仪。包括八路独立的高精度温度测量通道（支持RTD、Diode和热电偶类型温度计）和两路高达100W ^ + 50W的大功率PID输出通道，以及两个继电器输出和两路模拟输出通道。PID闭环控制、Zone模式、变温速率设定和主动过热监测等实用功能的加持让Kelvinion低温温控仪成为低温研究的利器。

ColdTABLE，系统性能3.2一振动测试：结果＆方法

振动幅度是闭循环光学低温恒温器最为关键的指标：ColdTABLE将振动幅度控制在纳米量级。

图1.用于测试ColdTABLE系统3个方向振动的激光干涉仪装置示意图

测试方法

一方面，与电容位移传感器和涡流位移传感器相比，激光干涉仪测试振动的结果更为准确；另一方面，考虑的主要应用场景也是光学实验，通过激光直接测量振动振幅是一种更合适的方法。

利用上图所示的测量装置，我们获得的ColdTABLE三个方向的振动振幅度：4K冷板相对于光学平台的振动。

振动测试带宽

脱离测量带宽，讨论振动幅度是没有任何意义的。实际上，任何测量系统都有自己最快的采样速率，数据采集对原始数据进行了低通滤波处理。

GM冷头的主要振动频率约为1Hz，另外，该频率下的振动会在系统中诱导产生其他频率段的振动，这导致了成分可以达到数百赫兹，因此，我们建议采样频率不应低于1kHz（换句话说，低通滤波的截止频率不应低于1kHz）

如果我们希望测量的振动结果尽可能接近实际实验情况，我们需要采集带宽尽可能高；但另一方面，高采集更多的测试电路噪音，最终淹没真正的振动信息。

最后，我们极不建议在测试振动过程中时使用任何低频截止操作(即低频高通滤波器）。该操作将会人为地将的振动信息排除在测试结果之外。

IIColdTABLE

振动<5nm @ 4.5 K,ColdTABLE.Quiet

振动 < 2 4 \mathsf { n m } \ @ 4 . 5 \mathsf { K } , ColdTABLE

耒过程相当于领域中的振动。节宽将会引入GM冷头带来

图2.当系统保持在4.5K时，1kHz采样频率下ColdTABLE.Quiet的测试结果<br>图3.当系统保持在4.5K时，1kHz采样频率下ColdTABLE的测试结果

ColdTABLE，选件 4.1一 低温物镜，“ Huygens”系列,技:

多种可长期在低温下稳定工作的物镜供用户选择。

MULTIFIELDS
HUYGENS0.9
NA0.90
00/F18/WD0.21
AR400-800

术指标

MULTIFIELDS HUYGENS0.6 NA0.60APO 00/F3.9/WD6.0 AR430-1050

Huygens-0.6 Huygens-0.36

ColdTABLE，选件 4.1一低温物镜，“Huygens”系列,数扌

“Huygens”系列物镜专门为低温强磁场工作环境而设计，具有宽的复消色差波长范围。数值孔径包括了0.36使用高数值孔径N.A.0.90的低温物镜，用户可以提高实验空间分辨率和光子收集效率；另一方面，超长工

"Huygens"系列-焦移&StrehI比率仿真结果

注：焦移：不同波长下焦面相对参考波长入ref.焦面的移动距离 \Delta = { n } ^ { \star } λ _ { { r e f } } / \left( 2 ^ { \star } \mathsf { N } . \mathsf { A } . \Lambda 2 \right) , 0StrehI比率：相对理想透镜，不同波长下峰值强度。

图1.Huygens-0.9低温物镜的尺寸图<br>图2.Huygens-0.6但

居结果

3、0.60和0.90，相应的工作距离分别为1.0mm，6.0mm和13.0mm，从而满足不同的研究需求。
作距离的低温物镜可满足高压金刚石砧(DAC）的实验需求，实现GPa高压下的拉曼和荧光测试。

温物镜的尺寸图<br>图3.Huygens-0.36低温物镜的尺寸图

ColdTABLE，选件 4.2一压电运动模块,产品系列

多场科技可提供完整的低温压电运动解决方案，涵盖所有运动模块，如具有长行程范围的线性、旋转和倾压电运动模块是多场科技的一个独立产品线，更多详细信息见压电运动产品手册。

位移台系列

斜的位移台，以及满足高分辨率和小范围动态运动需求的扫描台。

ColdTABLE，选件 4.2一压电运动模块.I,推荐配置

适用于ColdTABLE压电运动模块的推荐组合。

默认配置

■长行程配置

标准低温压电运动解决方案， 6 0 0 x 6 0 0 0 x 6 0 0 m 运动范围，带闭环控制。

长行程低温压电运动解决方案，XY平面

1．组合构成

Linear25-x,2 pcs,位移台-Linear25 ^ { * } z , 1 pc,位移台-Scanner25-xy,1pc,扫描台

1．组合构成

Linear35-x,2 pcs,位移台-Linear25 * z , 1 pc,位移台Scanner25-xy,1pc,扫描台

2．运动控制器

-位移台控制器,NewtonLT.06,6路控制输出-扫描台控制器,ArchimedesLT.03,3路控制输出

2．运动控制器

-位移台控制器,NewtonLT.06,6路:-扫描台控制器,ArchimedesLT.03,

图1.默认压电运动模组示意图

图2.长行程E

3．关键指标

- 2 5 0 { { g } } , 净负载能力
- 6 { \sfmm } x 6 { \sfmm } x 6 { \sfmm } , 行程范围
- 4 8 . 5 \mathsf {mm } 高度
-17根插针，直流线路需求

3．关键指标

- 2 5 0 { { g } } , 净负载能力
- 2 0 \mathsf {mm } x 2 0 \mathsf {mm } x 6 \mathsf {mm } , 行程范[
- 5 0 . 5 ~ {mm } 高度
-17根插针，直流电路需求

\blacktriangledown 柔性导热连接

为了保持结构刚性和减轻重量，我们选择了钛来替代高导热铜作为压电运动模块的主框架。因此，在真空环填部件，以确保样品运动不会受到影响，同时可以将样品温度与系统冷板温度尽可能保持一致。

\blacktriangleleft 大负载配置

2 0 \ : {mm } x 2 0 \ : {mm } 行程，Z方向6mm行程。

用户可使用该组合来进行高压实验，因为金刚石对顶砧自身非常重。

1．组合构成

Linear35 * \mathbf { x } , 2 pcs,位移台-Linear35-z,1pc,位移台

2．运动控制器

：位移台控制器，NewtonLT.06,6路控制输出

控制输出3路控制输出

玉电运动模组示意图

图3.大负载压电运动模组示意图

围

3．关键指标

- 4 5 0 { { g } } , 净负载能力
- 2 0 \mathsf {mm } x 2 0 \mathsf {mm } x 1 0 \mathsf {mm } , 行程范围
- 5 1 ~ {mm } 高度
-17根插针，直流线路需求

竟中，我们无法将4K冷板的温度有效地传递给样品。为解决该问题，我们使用高导热的无氧铜柔性导热

ColdTABLE，选件4.2一压电运动单元,技术指标

适用于低温环境的超精密运动解决方案

压电运动单元

ColdTABLE，选件 4.3 一样品安装

ColdTABLE为不同研究领域的用户提供了与直流、射频和同轴信号兼容的多种型号样品托。

DC

■水平 DC 样品托

光场/电场下的电学/光学测试

1．电学电极和接头

-8个镀金电极用于直流引线1 * 2 \mathsf {mm } 间距插针母座

2．材料

-FR4/无氧铜复合材质{ - 1 0 ~mm x 1 0 ~mm } 中心金属铜区域用于样品安装

定制方案

提供定制化的方案来满足用户特殊的实验需求。

■透射DC样品托电场下的光学透射实验

1．电学电极和接头

-8个镀金电极用于直流引线 （204号 - \ 2 \mathsf {mm } 间距插针母座

2．材料

-FR4/无氧铜复合材质
{ - 1 0 ~mm x 1 0 ~mm } 中心金属铜区域用于样品安装
1 \varnothing 5 \mathsf {mm } 通孔用于光线透射

PN:AB1105

4 x 2 . 9 2 {mm } 用于0-40GH射频信号..

8个镀金电极用于直流引线

8个镀金电极用于直流引线

ColdTABLE，定制化方案5－50K热辐射屏＆真空腔

ColdTABLE可根据用户设计图纸提供定制化的热辐射罩和真空腔加工以满足实验需求。

\mathbf { \sigma } \Rightarrow 用户："我们需要以特定方式为我们的实验设计真空腔。"

\lvert \Rightarrow \rvert ColdTABLE团队："当然可以。"

更大尺寸的4K冷板往往能够满足更多的实验需求和更受用户青睐。而在现实中，更大的4K冷板通常意味着需要更多的机械结构来保持其刚性，这会导致从300K到4K低温具有更多的热泄漏。为了保持足够低的温度，我们必须使用更大大功率制冷机。与此同时，会带来更多的振动。

因此，ColdTABLE的设计在样品空间、最低温度和振动水平之间存在微妙的平衡。

在某些情况下，用户必须将许多设备放在4K冷板上才能高质量地完成实验。CoIdTABLE团队接受客户对辐射屏蔽和真空室的多种功能的要求，如窗户高度、空间大小、外部形状等。

\blacktriangleleft 定制的辐射屏蔽和真空室

一在图1所示的实验中，我们提供了一个量身定制的辐射屏蔽设计，以满足大直径的要求，方便两个水平对齐低温物镜的放置。

图1.定制热辐射屏蔽罩和真空腔下置示意图

一在图2所示的实验中，我们不仅定制了辐射防护罩，还提供了定制的真空腔。

-致力于通过定制服务来支持我们的最终用户，确保他们具有最优化的实验装置。

真空腔

8个侧面均匀分布的光学窗口;1个顶部光学窗口;光学窗口外表面皆可支持30mm光学笼式接口&SM1/SM1.5安装螺纹。

1 0 0 x 5 0 1 < 热辐射罩(上半部分)

抛光处理的纯铝结构，兼顾轻质化和高效热辐射屏蔽的要求。

^ { 1 0 1 * } 50K热辐射罩(下半部分)

图2.定制热辐射屏蔽罩和真空腔下波导激发实验装置示意图

ColdTABLE，技术说明6.1,如何在ColdTABLE中使用室温!

与ColdTABLE用户的经验分享：关于如何使用室温物镜在ColdTABLE平台中进行低温光学实验。

\blacktriangleleft 我们需要室温物镜来完成低温光学实验。

尽管我们提供了尽可能多的低温物镜，但它仍然无法与具有各种型号和功能的室温物镜矩阵进行比较，满足不了客户的实验需求。

在许多低温光学实验中，我们仍然依赖室温物镜。毕竟我们无法为低温兼容性重新设计所有商业物镜。

如何在ColdTABLE中使用室温物镜。

考虑到大多数商业物镜的工作温度接近室温，这并不符合我们低温光学实验的要求。因此，需要采取特殊措施在确保不损害室温物镜的情况下来完成低温光学实验。

解决方案是保持室温物镜“温暖”，通过Kelvinion温度控制器将其加热到工作温度。

具体操作如下

1．安装室温物镜的具体位置：

-顶部窗口(详见图1)室温物镜通过RMS螺纹或ColdTABLE提供的30mm笼式结构固定在真空腔内侧的顶部窗口。
一侧面窗口(详见图2)室温物镜通过RMS螺纹或ColdTABLE提供的30mm笼式结构固定在真空腔内侧的侧面窗口。

2.加热方案，保护物镜免受低温损伤：

-加热器&温度计，柔性Kapton 薄膜加热器和PT100温度计。
一安装配件，针对用户提供的物镜进行定制化设计加工。

\blacktriangleleft 如何在ColdTABLE中使4K样品免受"热"物镜的辐射。

一旦我们完成室温物镜安装和加热保护，就会出现另一个问题：样品受到物镜的热辐射，无法达到实验所需的低温。

为解决这个问题，我们只能缩小热辐射屏蔽上的光学窗口尺寸，减少辐射面积。

ColdTABLE，案例分享7.1,光学透射实验

光学透射作为最常见的光学实验之一。通过案例分享，希望有助于客户在ColdTABLE上快速完成透射实验装置的搭建。

→真空腔室内光路搭建

辐射屏蔽和真空腔的直线通透的窗口设计极大地方便了光学透射实验装置的搭建。通过使用低温物镜，将激发激光聚焦在垂直安装的样品上。样品位置可以通过3轴压电位移台进行调整，以优化激发光束的焦点。通过样品的光线被第二低温物镜收集，该物镜同样安装在3轴压电位移台上，从而可以优化光线的收集效率。

依据两个低温物镜的尺寸，我们可提供定制化的防辐射罩，以适应不同的低温物镜。

同样依据实验需求，选择兼容射频、直流或同轴的样品托。

图1.ColdTABLE中透射实验装置推荐示意图

ColdTABLE，案例分享7.2,光波导激发实验

光波导激发实验：互成 9 0 ^ { \circ } 的物镜布局，分别用于激发和收集信号。

\blacktriangleleft 真空中的光路设计

用于激发的激光通过水平放置的高数值孔径低温物镜，聚焦到样品的解理面上进而耦合进入样品的平面波导中。该低温物镜被放置在XYZ压电位移台上，通过移动物镜优化侧面激励光束的耦合效率。进入样品波导中的光信号与其中的各种散射中心发生相互作用，导致产生共振荧光。被散射光子通过垂直安装在顶部的第二个低温物镜收集，样品同样放置在XYZ压电位移台上，这些运动自由度可以使实验的激发和收集效率最优化，并选择不同的散点中心进行研究。与此同时，在样品下压电扫描台允许通过非共振激发对样品进行光栅成像。

同样依据实验需求，选择兼容射频、直流或同轴的样品托。

图1.ColdTABLE中光波导激发实验装置推荐示意图

ColdTABLE，性能指标

将低温、低振动技术与纳米运动、低温物镜及其他技术相结合，为低温光学实验提供全面的解决方案。

我们是卓立汉光

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愿景一创新光电技术，推动科技进步
成立—1999年 国家级高新技术企业、第一批国家级小巨人年
业务一集光学、精密机械、电子、计算机技术于一体的高新技术企业使命一以核心技术及高端产品为基础，市场需求及应用方案为牵引

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