Optischer Kryostat mit geschlossenem Kreislauf

Cryostation von Montana Instruments

Die Cryostation, ein optischer Kryostat von Montana Instruments mit geschlossenem Heliumkreislauf, eignet sich dank einer hohen mechanischen Stabilität hervorragend für optische Experimente. Der Kryostat bietet einen Temperaturbereich von 3,2 – 350 K bei einem Schwingungspegel von nur 5 nm. Ein voll automatischer Betrieb vermeidet kostspielige und zeitaufwändige Risiken aufgrund von Problemen mit der Kältetechnik. Dank des geschlossenen Heliumkreislaufs verbraucht das System kein Helium, was zu einer Senkung der Betriebskosten beiträgt. Nach dem Einlegen der Probe und Einstellen eines Sollwerts erreicht die Cryostation automatisch die gewählte Temperatur und hält diese mit einer bisher von anderen Tieftemperatursystemen unerreichten Stabilität aufrecht. Bis zu fünf Sichtfenster und 29 elektrische Durchführungen ermöglichen bereits in der Standardkonfiguration sowohl optische als auch elektrische Messungen.

Features
Temperaturbereich 3,2-350 K
Schwingungspegel 5 nm
Temperaturstabilität 10 mK
Einfacher optischer Zugang und Zugriff auf die Probe
Zahlreiche Optionen

Das Experiment kann bei offenem und frei zugänglichem Probenraum in der Cryostation aufgebaut werden. Auch Messungen bei Raumtemperatur können durchgeführt werden, während der Probenraum offen ist. Für Arbeiten bei tieferen oder höheren Temperaturen kann ein Strahlungs- und Vakuumschild eingesetzt werden, ohne dass dabei die Probe berührt wird.

Der Probenhalter des Kryostaten besteht aus speziellen faserverstärkten Werkstoffen und einer Probenplattform, die maximale Festigkeit gewährleistet und thermische Kontraktion ausgleicht. Dies gewährleistet eine steife Verbindung zum optischen Tisch mit sehr niedrigem oder gar keinem Drift bei jedem neuen Sollwert.

Der Kryostat bietet sowohl tiefe Temperaturen als auch niedrige Schwingungen. Die Peak-to-Peak-Schwingungsamplituden betragen weniger als 5 nm, die RMS-Schwingungen weniger als 0.25 nm. Erreicht wird dies durch ein zum Patent angemeldetes Design, das eine typische Basistemperatur von 3,2 K und eine typische aktive Lastkühlleistung von 0,1 W bei 4,2 K gewährleistet, wenn alle fünf optischen Fenster eingebaut sind.

Der Kompressor des Kryostats nutzt eine Technologie mit variablem Heliumfluss. Da das Experiment überwiegend bei einem stabilen Temperatursollwert durchgeführt wird, arbeitet das System mit einer an die Probentemperatur angepassten Eingangsleistung, so dass keine Energie verschwendet wird. Die Cryostation kann außerdem im Standby-Modus laufen, in dem dass System kalt bleibt und weniger als 1 kW Leistung verbraucht.

Temperaturdrift ist ein Problem, sowohl bei Systemen, die mit flüssigem Helium gekühlt werden, als auch bei Systemen mit geschlossenem Kreislauf. Durch den Einsatz einer zum Patent angemeldeten aktiven und passiven Temperaturstabilisierung gewährleistet die Cryostation eine Langzeit- und Kurzzeittemperaturstabilität von weniger als 10 mK Peak-to-Peak, sogar bei Temperaturen unterhalb von 4 K. Der vom Benutzer vorgegebene Temperatursollwert wird von der Cryostation automatisch aufrechterhalten.

Eine Reihe von Prozessen werden durch das System automatisch ausgeführt. Dazu gehört z.B. das Pumpen des Vakuums, Abkühlvorgang, Temperaturstabilisierung auf dem Sollwert, das Wiederaufwärmen und das Spülen mit trockenem Stickstoff, um die Oberflächen des Systems, die Probe und die Optik sauber zu halten. Die Kompressoreinstellungen werden automatisch so optimiert, dass die Abkühlzeit minimiert, Energie gespart und ein Verschleiß des Systems vermieden wird. Diagnose und Überwachung wird bei zahlreichen Komponenten automatisch durchgeführt. Dies vereinfacht die Fehlersuche durch den Benutzer oder einen geschulten Techniker, der sich sogar über das Netzwerk mit dem System verbinden kann, sofern die Cryostation über eine Internetverbindung verfügt.

Die Steuerung der Cryostation erfolgt über ein Windows-basiertes Programm, das auf einem Mini-Notebook läuft. Dank der Verwendung von OLE Automation kann die Cryostation von jedem anderen Gerät gesteuert werden, das LabVIEW nutzt. Dies ermöglicht z.B. eine vollständige Automatisierung eines Experiments. Außerdem lässt sich das System über jeden beliebigen Rechner mit Internetanschluss überwachen und steuern.

Neben den vier integrierten Thermometern und drei Heizelementen verfügt das System über 29 elektrische Anschlüsse im Probenraum, die an drei Miniaturstecker angeschlossen sind. Thermisch isolierte Anschlüsse für weitere Drähte sind außerdem vorhanden, so dass die Temperatur des Probentisches konstant gehalten wird.

Der Kryostat ist bewusst so konzipiert, dass die Probenumgebung vom Kryokühler getrennt ist. Dies ermöglicht den gleichzeitigen optischen Zugang von oben und radial zum gleichen System. Die flexible, modulare Konstruktion ermöglicht einen schnellen Aufbau und einfache Realisierung neuer Probenräume.

Magneto-optisches Modul

Beim magneto-optischen Modul wird die Standard-Cryostation durch ein Magnetfeld bis 0,7 Tesla ergänzt. Das Modul gewährleistet einen unvergleichlichen optischen Zugang und hohe Flexibilität der Experimente. Optischer Zugang durch die Pole, Zugang für hohe NA von den Seiten und Zugang mit niedrigem Arbeitsabstand von oben sorgen dafür, dass auch anspruchsvolle Anwendungen in der Magneto-Optik unkompliziert eingerichtet werden können.

  • Einsatz austauschbarer Polspitzen
  • Integrierter Linsenhalter
  • Probentemperatur unter 4 K
  • Einfacher Zugriff auf die Probe zum Einrichten
  • Standalone-Gerät für Messungen bei Raumtemperatur
Mikroskop

Fokussieren der Probe bei Temperaturen bis 3,5 K mit unvergleichlicher Genauigkeit. Dank unseres zum Patent angemeldeten Designs wird Drift praktisch vollständig vermieden, einschließlich eines geringen Drifts während der Abkühlphase

  • Konzipiert für die konfokale Mikroskopie
  • Integrierte Nanopositioniervorrichtungen
  • Notstromversorgung zur Gewährleistung der Leistungsfähigkeit
  • NA 0,9
  • Arbeitsabstand 310 µm
Option für niedrigen Arbeitsabstand

Die Option für niedrige Arbeitsabstände ermöglicht den Einsatz einer externen Optik und erlaubt niedrige Arbeitsabstände bis 1 mm. Komponenten dieser Konfiguration für niedrige Arbeitsabstände sind ein dünnes Vakuumfenster, eine höher liegende Strahlenöffnung und ein dünnes Strahlungsfenster. Die Probe kann nahe an der oben liegenden Optik positioniert werden.

Castle-Optionen

Das große, runde Castle ist so konzipiert, dass ein supraleitender Magnet mit Raumtemperatur-Bohrung um den oberen Teil des Castle angebracht werden kann. Dies ermöglicht eine Betrachtung der Probe von oben.

Das große, rechteckige Castle ist für den Einsatz in Verbindung mit GWM-Magnetpolen oder anderen externen Magneten vorgesehen. Dank der seitlichen Fenster kann dieses Castle auch für Anwendungen mit hoher numerischer Apertur eingesetzt werden.

Das Castle für hohe NA ist speziell für niedrige Arbeitsabstände und Transmissionsexperimente mit hoher numerischer Apertur entwickelt.

Das rechteckige Piezo-Castle ermöglicht den Einsatz von Piezoelementen zum Verfahren der Probe im rechteckigen Castle-Format.

Das rechteckige Castle für niedrigen Arbeitsabstand ermöglicht niedrige Arbeitsabstände und eine praktische elektrische Verkabelung im rechteckigen Castle-Format.

Das kurze runde Castle hat einen AD von 1" und ermöglicht niedrige Arbeitsabstände von oben.

Interne Piezo-Optionen

Die Cryostation kann darüber hinaus auch Präzisions-Nanopositioniertische auf der Standardplattform umfassen, oder es kann eine optische Plattform mit Aussparung eingesetzt werden. Diese piezo-verfahrbaren Probentische sind in die Kältekammer integriert und ermöglichen die Translation, Rotation und das Neigen der Probe.  Montana Instruments integriert und prüft das Gerät, so dass dieses immer dann einsatzbereit ist, wenn Sie dies benötigen.

Damit die Probentemperatur maximal 0,2 K von der Plattformtemperatur abweicht, ist der Kühltisch über eine flexible thermische Verbindung mit dem Probenhalter verbunden.

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Produkt Manager - Kryotechnologie & Materialwissenschaften
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Fax: +49 6151 88069499
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