适用于单光子探测器的制冷装置及制冷结构的制作方法

1.本实用新型涉及量子通信领域，具体涉及一种适用于单光子探测器的制冷装置及制冷结构。


背景技术：

2.单光子探测器是量子通信领域中比较重要的元器件，用来探测单光子信号，其性能的好坏直接决定了量子密钥分发系统性能的好坏。由于单光子探测器的性能与环境温度有很大的关系，温度越低，性能越好。所以，需要实时探测单光子探测器工作时的温度并根据探测的温度实时对单光子探测器工作时的温度进行调控，当单光子探测器工作时的温度超过一定的数值时，对该单光子探测器进行制冷，以保证单光子探测器维持稳定工作状态。
3.目前市面上的制冷装置基本全部采用上下结构安装，从上往下分别是盖板、光电二极管、热电制冷器tec及散热器且采用具有圆柱形状的管壳包围光电二极管，采用对管壳整体进行制冷的方式对光电二极管进行制冷。目前的制冷装置存在以下缺陷：
4.（1）由于光电二极管安装于管壳内部的圆形底座上，采用对管壳整体进行制冷的方式对光电二极管进行制冷不能有效对光电二极管进行制冷，光电二极管的实际温度往往高于测量值，不能有效降低单光子探测器的噪声；
5.（2）由于器件尺寸原因，制冷装置整体高度将达到80mm以上。另外，由于光纤的出口与控制电路板的出口一般设置在制冷装置两个对立的侧面，多个制冷装置不能并排水平放置在机箱内，从而导致制冷装置无法集成放置到2u及以下尺寸的机箱内，严重限制了制冷装置的应用前景。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例提供了一种适用于单光子探测器的制冷装置及制冷结构，用以解决现有技术存在的无法有效降低单光子探测器的噪声、应用前景受限的缺陷。
7.为了实现上述目的，第一方面，本实用新型实施例提供的单光子探测器的制冷装置包括光电二极管、管壳、热电制冷器tec、导热导电板、控制电路板、盖板和盒体，其中：
8.所述光电二极管位于所述管壳内部且设置于所述管壳底端的圆形底座上，其中，所述光电二极管与所述管壳组合形成单光子探测器。
9.所述管壳底端的圆形底座与所述导热导电板的端面固定连接且紧密接触。
10.所述光电二极管、所述导热导电板、所述控制电路板、所述热电制冷器tec依次固定设置在一起。
11.所述导热导电板底面两侧的厚度不同。
12.所述光电二极管一端的管脚穿过所述导热导电板底面厚度较薄的一侧并与所述控制电路板的一侧电学连接。
13.所述导热导电板底面厚度较厚的一侧与所述热电制冷器tec的冷面固定连接。
14.所述盒体的一面开口，与开口相对的一端被设置为散热器。
15.所述热电制冷器tec的热面与所述散热器的一面固定连接且紧密接触。
16.所述光电二极管、所述热电制冷器tec、所述导热导电板及所述控制电路板位于所述盒体内。
17.所述盖板与所述盒体开口的一面固定连接并形成密封体。
18.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述导热导电板的材质为铜。
19.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述光电二极管连接光纤的一端通过固定于所述盒体一侧的光纤连接器与所述盒体外的光纤连接。
20.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述控制电路板的另一侧通过所述盒体侧壁预设的电极连接器固定于所述盒体的一侧。
21.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述热电制冷器tec中各层的陶瓷基片均呈长方形。
22.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述光电二极管、所述热电制冷器tec、所述导热导电板及所述控制电路板从左到由依次放置于所述盒体内。
23.作为本实用新型一个优选的实施方式，所述控制电路板固定于所述盒体的一侧与所述光纤连接器固定于所述盒体的一侧相邻。
24.第二方面，本实用新型实施例提供的制冷结构，包括机箱和第一方面所述的适用于单光子探测器的制冷装置，其中：
25.多个所述适用于单光子探测器的制冷装置之间并排排列并依次水平放置于所述机箱内。
26.本实用新型实施例提供的适用于单光子探测器的制冷装置及制冷结构具有以下有益效果：
27.（1）通过将光电二极管的管脚与导热导电板直接接触，能够得到光电二极管精确的温度，从而实现有效对光电二极管进行制冷，能够降低单光子探测器的噪声；
28.（2）通过将光纤连接器及电极连接器分别设置在盒体两个相邻的侧壁以及热电制冷器tec7各层的陶瓷基片设置为长方形，使得多个制冷装置能够并排且水平放置在同一个机箱内，有效降低了机箱的高度，扩大了应用前景。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为现有适用于单光子探测器的制冷装置的结构示意图。
31.图2为另一现有适用于单光子探测器的制冷装置的结构示意图。
32.图3为本实用新型实施例提供的适用于单光子探测器的制冷装置的立体结构示意图。
33.图4为本实用新型实施例提供的适用于单光子探测器的制冷装置的另一立体结构示意图。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.实施例一
38.如图1所示，现有的用于单光子探测器的制冷装置通过固定模块2将光电二极管1固定于热电制冷器3的冷面31，固定模块2包括扣紧弹片21和管座22，管座22设置有凹槽，光电二极管1置于管座22的凹槽处，通过扣紧弹片21可将光电二极管1和管座22紧扣于热电制冷器3的冷面31，由于该方案采用的是对管壳整体进行制冷的方式对光电二极管进行制冷的方案，所以说，该方案不能实现对光电二极管1进行有效制冷。
39.实施例二
40.如图2所示，现有的另一种适用于单光子探测器的制冷装置通过将单光子探测器放入热沉4内部预设的通孔5中，由于该方案采用的是也是对管壳整体进行制冷的方式对光电二极管进行制冷的方案，所以说，该方案也不能实现对光电二极管1进行有效制冷。
41.实施例三
42.如图3所示，本实用新型实施例提供的适用于单光子探测器的制冷装置包括光电二极管（图中未示出）、管壳6、热电制冷器tec7、导热导电板8、控制电路板9、盖板（图中未示出）和盒体（图中未示出），其中：
43.光电二极管位于管壳6的内部且设置于管壳6底端的圆形底座上，其中，光电二极管与管壳6组合形成单光子探测器。
44.管壳6底端的圆形底座与导热导电板8的端面固定连接并紧密接触。
45.光电二极管、导热导电板8、控制电路板9、热电制冷器tec7依次固定设置在一起。
46.导热导电板8底面两侧的厚度不同。
47.其中，导热导电板8具有传递光电信号的功能，同时也具备导热的功能。
48.作为本实用新型一个可选的实施例，导热导电板8的材质为铜，导热导电性能较强。
49.光电二极管一端的管脚穿过导热导电板8底面厚度较薄的一侧并与控制电路板9的一侧固定连接。
50.其中，通过将光电二极管的管脚与导热导电板直接接触，能够得到光电二极管精确的温度，从而实现有效对光电二极管进行制冷。
51.作为本实用新型一个可选的实施方式，光电二极管连接光纤的一端通过固定于盒体10一侧的光纤连接器与盒体10外的光纤连接。
52.具体地，盒体10的材质为铝，可以通过钳铣的方式，将一个盒体10的一个侧面或多个侧面的底部设置成散热器。
53.具体地，光电二极管的管脚通过焊接方式固定于控制电路板9上，管壳6底端的圆形底座与导热导电板8之间涂导热硅脂。
54.其中，控制电路板9与光电二极管电学连接，通过将控制电路板9与光电二极管组合，实现光信号转换成电信号以及弱信号处理的功能。
55.作为本实用新型一个可选的实施方式，控制电路板9的另一侧通过盒体10侧壁预设的电极连接器固定于盒体10的一侧，该侧面与光纤连接器固定于盒体10的一侧相邻，使得多个制冷装置能够并排且水平放置在同一个机箱内，有效降低了机箱的高度，将机箱的尺寸做到2u或1.5u即可装入4个并排且水平放置的制冷装置。
56.导热导电板8底面厚度较厚的一侧与热电制冷器tec7的冷面固定连接。
57.如图4所示，盒体10的一面开口，与该开口面相对的一端被设置为散热器。
58.热电制冷器tec7的热面与散热器的一面固定连接且紧密接触。
59.作为本实用新型一个可选的实施方式，热电制冷器tec7各层的陶瓷基片均呈长方形，将热电制冷器tec7的宽度降低、长度增长，以便将降低机箱的高度，在4个制冷装置的情况下，将各个热电制冷器tec7的宽度在35mm以下即可安装到1u尺寸的机箱，且不影响制冷效果，进一步扩大了制冷装置的应用前景。
60.光电二极管、热电制冷器tec7、导热导电板8及控制电路板9位于盒体10内。
61.盖板11与盒体10开口的一面固定连接并形成密封体。
62.具体地，密封圈盖板11的四周与盒体10具有开口的一面采用密封圈方式固定连接，形成密封体，该密封体呈长方体。
63.作为本实用新型一个可选的实施方式，光电二极管、热电制冷器tec7、导热导电板8及控制电路板9从左到由依次放置于盒体10内。
64.本实用新型提供的适用于单光子探测器的制冷装置包括光电二极管、管壳、热电制冷器tec、导热导电板、控制电路板、盖板和盒体，其中，光电二极管位于管壳内部且设置于管壳底端的圆形底座上，光电二极管与管壳组合形成单光子探测器，管壳底端的圆形底座与导热导电板的端面固定连接且紧密接触，光电二极管、导热导电板、控制电路板、热电制冷器tec依次固定设置在一起，导热导电板底面两侧的厚度不同，光电二极管一端的管脚穿过导热导电板底面厚度较薄的一侧并与控制电路板的一侧电学连接，导热导电板底面厚
度较厚的一侧与热电制冷器tec的冷面固定连接，盒体的一面开口，与开口相对的一端被设置为散热器，热电制冷器tec的热面与散热器的一面固定连接且紧密接触，光电二极管、热电制冷器tec、导热导电板及控制电路板位于盒体内，盖板与盒体开口的一面固定连接并形成密封体，能够有效降低单光子探测器的噪声，扩大了制冷装置的应用前景。
65.实施例四
66.本实用新型实施例还提供了一种制冷结构，包括机箱和多个如实施例三所述的适用于单光子探测器的制冷装置，其中：
67.多个适用于单光子探测器的制冷装置之间并排排列并依次水平放置于机箱内，其中，多个制冷装置的光纤出口方向一致。
68.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。
69.需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。