Criostato ottico a circuito chiuso

Cryostation da Montana Instruments

Il criostato ottico a circuito chiuso Cryostation C2 di Montana Instruments è dedicato agli esperimenti di fotonica a temperatura variabile che necessitino di altissima stabilità. La Cryostation C2 offre un intervallo di temperatura tra 3.2K e 350K con un livello di vibrazione di soli 5nm picco-picco. Il funzionamento completamente automatizzabile permette di evitare i costosi rischi e le perdite di tempo tipici della criogenia. Il circuito chiuso permette di non consumare elio, riducendo i costi di utilizzo al minimo. Dopo aver installato il campione basta impostare la temperatura desiderata e la Cryostation C2 vi si porterà mantenendola indefinitamente con una stabilità in vibrazione senza precedenti. Lo spazio campione nella configurazione standard è dotato di 5 porte e 29 passanti elettrici che permettono di effettuare anche misurazioni elettriche.

Features
Intervallo di temperatura: 3.2-350 K
Livello di vibrazioni: 5 nm picco-picco
Stabilità della temperatura: 10 mK picco-picco
Accessi ottici ed al campione semplici
Molte opzioni disponibili

Con la Cryostation C2 i setup sperimentali e le misurazioni a temperatura ambiente possono essere eseguiti facilmente e senza ostruzioni, grazie al particolare design della camera del campione. Senza possibilità di compromettere il montaggio del campione, sarà poi possibile installare lo schermo termico ed il coperchio della camera e, fatto il vuoto, variare la temperatura.

La camera del campione offre un ancoraggio rigido al tavolo ottico che risulta privo, o quasi, di deriva termica, grazie all'impiego di speciali materiali e al design compensativo. Questi elementi permettono inoltre alla Cryostation C2 di offrire, insieme alle basse temperature, bassissime vibrazioni al campione, minori di 5 nm picco-picco e minori di 0.25 nm RMS, nonostante l'utilizzo di un criorefrigeratore Gifford-McMahon che garantisce un potere refrigerante di 0.1W @ 4.2K.

Poiché per la maggior parte del tempo di un esperimento il sistema è impegnato al solo mantenimento di una data temperatura, l'utilizzo del compressore con tecnologia a flusso variabile di Quantum Design permette di erogare solo la potenza strettamente necessaria istante per istante, consentendo di estendere la vita del criorefrigeratore e ridurre i costi energetici al minimo. Ciò consente inoltre al sistema la modalità stand-by, nella quale il sistema resta freddo a 70K con consumi minori di 1KW, riducendo drasticamente i tempi di raffreddamento nella ripresa di una esperimento già avviato.

La stabilità in temperatura di 10mK picco-picco sotto i 4K è resa possibile dall'utilizzo di sistemi attivi e passivi di stabilizzazione in attesa di brevetto.

Le operazioni tradizionali della criogenia (il pompaggio del vuoto, il raffreddamento, la stabilizzazione della temperatura, il riscaldamento del sistema, ecc.) sono completamente automatiche nella Cryostation C2. Tutti i parametri di controllo del sistema sono automaticamente ottimizzati per minimizzare il raffreddamento e ridurre i costi di gestione. Anche la diagnostica e il monitoraggio dello stato dei componenti del sistema sono effettuati automaticamente, così da rendere facile la risoluzione di eventuali problemi da parte dell'utente o da un tecnico specializzato che potrà collegarsi al sistema da remoto via internet.

Il software che gestisce tutto il sistema Cryostation C2 è preinstallato sul mini-notebook in dotazione e permette, grazie l'automazione OLE e i driver LabVIEW, di poter integrare la Cryostation C2 in un sistema più grande e anche di utilizzare il sistema da remoto.

Il sistema base è dotato di 4 termometri e 3 riscaldatori e offre accesso elettrico al campione attraverso 29 passanti terminanti in 3 connettori miniaturizzati.

Gli ancoraggi termici, posti in diversi punti dello spazio campione, permettono di isolare termicamente il campione dall'esterno mantenendo la temperatura stabile anche con cablature importanti.

L'idea alla base della Cryostation C2 è quella della separazione dello spazio campione dal sistema di refrigerazione: ciò permette accesso al campione verticale e radiale simultaneamente e di modificare il montaggio con estrema facilità.

Modulo Magneto-Ottico

Il modulo Magneto-ottico implementa sulla Cryostation C2 base un elettromagnete da 0.7T mantenendo un'accessibilità ottica al campione e una flessibilità dello spazio sperimentale eccezionali: accesso ottico attraverso i poli, accesso laterale ad alta apertura numerica, accesso a bassissima distanza di lavoro dall'alto.

  • Espansioni polari intercambiabili
  • Porta lenti integrati
  • Temperatura al campione < 4K
  • Accesso al campione semplice e senza ostruzioni
  • Unità stand-alone per misurazioni a temperatura ambiente
Microscope

Permette l'osservazione del campione a 3.5K da poche centinaia di micron di distanza con eccellente accuratezza. La deriva durante il raffreddamento è virtualmente eliminata grazie al design compensativo in attesa di brevetto.

  • Progettato per la microscopia confocale
  • Nanoposizionatori integrati
  • Alimentatore di backup
  • NA di 0.9
  • Distanza di lavoro di 310 µm
Opzione Low Working Distance

L'opzione Low Working Distance (LWD) permette all'utente di utilizzare ottiche esterne e avvicinarsi al campione fino a meno di 1 mm. Il setup LWD consiste semplicemente nell'avvicinare il campione alle finestre superiori una volta averle sostituite con delle finestre estremamente sottili da installare sul coperchio e sullo schermo termico.

Opzione Torretta

L'opzione con camera del campione a mo' di torre (castle) a base circolare è progettata per permettere l'inserimento della stessa in un magnete con foro caldo, lasciando l'accesso ottico al campione dalla parte  superiore.

La versione a base rettangolare (rectangular castle) invece si adatta all'utilizzo di elettromagneti dipolari. Le finestre laterali, restando libere, permettono di mantenere alte aperture numeriche. Quella con piezo integrati (piezo rectangular castle) consente anche la scansione del campione, mentre quella per corte distanze di lavoro (low working distance rectangular castle) permette di avvicinarsi molto al campione offrendo un modo agevole di connettere elettricamente il campione.

La torretta con alta apertura numerica (high NA castle) è dedicata specificamente a esperimenti in trasmissione che necessitino di piccole distanze di lavoro e grandi aperture numeriche.
La torretta cilindrica corta (short round castle), con un diametro di 1", consente di lavorare a corte distanze di lavoro tramite l'accesso ottico superiore.

Opzione con nanoposizionatori integrati

La Cryostation C2 può integrare, nello spazio freddo, dei nanoposizionatori sulla piattaforma standard oppure alloggiarli all'interno di una piattaforma incassata, così da permettere la movimentazione del campione. Essi sono integrati e testati in Montana Instruments per garantire le massime prestazioni.

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