[发明专利]低温冷却系统

说明书

提供与样品保持件的光学通信的低温冷却系统。低温冷却系统包括：冷却装置和样品保持件，样品保持件能拆卸地安装至冷却装置；第一光学构件，其包括第一孔径和第一准直器，光能通过第一孔径，第一准直器定位成当光从第一孔径发射时将光准直；第二光学构件，其包括第二孔径和第二准直器，光能通过第二孔径，第二准直器定位成当光从第二孔径发射时将光准直，第一光学构件安装至冷却装置且第二光学构件安装至样品保持件。当样品保持件安装至冷却装置时，第一和第二光学构件的相对位置使得光能经由第一准直器和第二准直器在第一与第二孔径之间通过，在第一准直器与第二准直器之间存在物理间隙从而能实现第一光学构件与第二光学构件之间的光学通信。

技术领域

本发明涉及低温冷却系统，特别涉及低温冷却系统中的光学连接。

背景技术

经常需要低温冷却系统来冷却样品。这允许通过减少样品中的原子振动，使用一种或多种形式的显微镜(如原子力显微镜(AFM)或扫描探针显微镜(SPM))对样品进行分析。这通过使用诸如稀释制冷机(dilution refrigerator)等的冷却装置将样品冷却至期望的温度并在分析期间维持该温度或减缓任何温度升高来实现。

为避免需要将样品保持在冷却装置内并由此要求在环境温度下将样品放置在冷却装置内，样品能够被保持在样品保持件内。这样的样品保持件(也称作“样品圆盘(samplepuck)”)可拆卸地安装至冷却装置。这允许在将容纳样品的样品保持件引入样品保持件的放置环境之前对该环境进行冷却，并且允许在系统为冷的情况下更换样品保持件。

由于一般需要对样品进行直接分析，所以分析设备以及样品需要被保持在样品保持件内。这意味着在分析期间设备所要求的一切均必须在分析期间被保持在样品保持件内或者从样品保持件的外部供应。例如，已知通过电缆向样品保持件内的设备供应电力。

为允许样品保持件能够拆卸，在样品保持件上存在有与冷却装置上的连接器配对的连接器。这允许向冷却装置上的与样品保持件上的对应连接器配对的连接器提供例如电力，以便为样品保持件上的分析设备提供电力。

虽然在冷却装置与样品保持件之间提供电力和其它电连接是相对简单的，但是提供允许光在冷却装置与样品保持件之间通过的连接的能力显著地更加困难。由于在需要维持样品保持件的可拆卸特性的同时还防止光的衰减，所以不容易建立合适的光学连接。

当光需要在冷却装置与样品之间通过时，例如当由分析产生光学信号或者需要光来刺激样品中的响应时，通常使用光学纤维(本文中也称为“光纤”)。然而，用于光纤的市售连接器是螺纹配合连接器，这种连接器与可拆卸安装的样品保持件不兼容。这是因为没有用于将螺纹配合连接器连接到样品保持件的合适的接入口，尤其是如果当样品保持件安装至冷却装置时任何温度升高均要保持在最低限度的话。

螺纹配合连接器的替代品是推入配合连接器。然而，这仍然不合适，因为为了使光在冷却装置与样品保持件之间通过，冷却装置和样品保持件中的每一个上的光纤必须定位成使得当光在光纤之间通过时不会衰减。这只有在如下情况下才能实现：在使用中传输光的光纤的端部彼此非常靠近，以维持信号强度，并确保彼此之间精确对准以避免从一根光纤发射的光未能传到相对的光纤中。

归因于温度循环的存在，这种连接难以产生，因为温度上的改变会影响光纤端部的对准和定位。这会使得任何这种推入配合连接器均不可靠并且会使连接随着使用而劣化。因此，需要一种可靠的光学连接器，其能够承受温度循环以及重复使用，以便允许光在冷却装置与样品保持件之间通过。

发明内容