量子光学实验通常要求在液氦温度下对样品进行光学测试。很多实验室装备了多个光学部件来精密组装到光学平台上来实现入射光，高效率的接收从样品处发出的光信息。光学平台上的空间大小在复杂的低温光学实验中变得关重要。
具有革命性创新设计的attoDRY800桌面式光学低温恒温器展现了吻合低温光学实验需求的方案：它具有的超低振动低温制冷平台与光学平台高度集成。冷头的位置在一般不使用的光学平台的下方空间内。独特的设计保证了光学平台自由空间的高效使用，各个方向通向样品的光学通道完全不被遮挡。消色差物镜具有高数值空间（N.A.值可达到0.81-0.95）很容易集成到恒温器的真空罩内，物镜也可以放在恒温器的正上方或者侧边。attoDRY800桌面式光学低温恒温器保证振动和光信号的收集效率。
作为闭循环低温恒温器，attoDRY800桌面式光学低温恒温器是取代所有需要灌液氦的低温恒温器的理想选择。无需液氦节约了液氦采购的高昂费用，减少了繁重的维护工作。全自动控制温度从3.8K变化到320K，使长时间的低温测试变得更加简单。
很多成套的低温恒温器设备具有严重的振动问题，样品区域的振动通常有几个微米。基于专业的振动隔离技术，attoDRY800桌面式光学低温恒温器冷头上测量到的振动只有2.6nm（峰峰值，垂直水平面方向）。因此，attoDRY800适用于对振动要求的测量。该设备的样品区域可以承载多个attocube公司的低温纳米精度位移器、整套显微镜以及光学探针台等配置。
主要特点：
→ 冷头与光学平台高度集成
→ 超低振动：< 5nm 峰峰值
→ 全自动控温：3.8-320K
→ 温度稳定性：<15mK
→ 样品空间：75mm (直径）
→ 定制真空罩
→ 低温消色差物镜，NA=0.81
→ 自由光学空间，无遮挡
→ 维护成本低（无需液氦）
→ 兼容低温位移器，扫描器，旋转器与倾角器
证实的超低振动：振动噪音数据
右图中的激光干涉仪测试结果是attoDRY800冷台在垂直与水平两个方向的振动的直接测量数据。在垂直方向的振动噪音在200Hz（1500Hz）工作带宽下的峰峰值大约是3纳米（4纳米）,而在水平方向的振动噪音大约是2纳米（17纳米）。超低的振动噪音为进行对振动十分敏感的光学实验提供了保证，例如，光学探针平台、纳米结果的高分辨率光学光谱测试等。 |  |
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上图中显示了激光干涉仪在工作带宽1500Hz下测试数据的快速傅里叶变换分析的结果。 图中的虚线1pm是激光干涉仪本身的噪音背景。 | |
irection | Peak-to-Peak @200 Hz (1500 Hz) | RMS @200 Hz (1500 Hz) | |
vertical | 3 nm (4 nm) | 1.0 nm (1.1 nm) | |
horizontal | 2 nm (17 nm) | 0.6 nm (2.1 nm) |
主要参数 | |
本底压强（样品腔内） | <5e-6mbar |
真空漏气率 | <5e-9 mbar l/s |
制冷时间（包含抽真空时间） | <4.5h to 5K |
温度稳定性 | <15mK |
制冷功率（冷台处） | >170mW@5K |
振动水平（冷台处，垂直方向） | <5nm(峰峰值，1500Hz) |
温度范围 | 3.8-320K |
闭循环压缩机 | |
压缩机功率 | 大：3千瓦 |
压缩机水冷要求 | 水冷（默认），风冷（可选） |
尺寸信息 | |
光学平台 | 标准尺寸：900mm x 1800mm x 305mm （隔振器高度：597mm），其余尺寸可定制， 大150mm x 3000mm |
选配与升级 | |
温度控制器 | 已包含 |
真空泵 | 已包含 |
真空罩 | 基础型，室温物镜-低工作距离型，高真空物镜型，低温物镜型等，可定制 |
电学接线 | 36个用户接线（更多可定制） |
接口 | 直流，交流电学接口，SMA接口，光纤接口 |
样品移动 | 低温位移器与扫描器 |
压缩机升级 | 风冷式 |
氦气管 | 可选13m或者20m长度，标配长度6m |
基本参数 | |
技术特点 | 超低振动，闭循环压缩机与光学平台高度集成 |
样品腔 | 低温高真空，通过导热带制冷样品 |
样品空间 | 75mm（直径） |
更换样品 | 打开真空罩更换，简单方便 |
可操作性 | 全自动控温（软件远程控制温度，真空，制冷，升温，触摸屏） |
噪音&减震 | 超低振动，设计 |
兼容性 | |
共聚焦显微镜 | attoCFM I |
低温拉曼显微镜 | attoRAMAN (可定制) |
低温光学探针平台 | 共聚焦显微，两个光纤探针（侧边激发与探测） |
attoDRY800 真空罩
基于典型的实验配置预期，配置不同类型的位移器，样品托，工作距离与物镜，德国attocube公司设计了几款标准真空罩跟隔热罩。标准的实验配置经济实用，为用户在低温变温光学实验提供了的解决方案。常用的真空罩可以选择搭配升级功能，例如，真空光纤接口，直流电学接口，SMA接口等。
基础型（标准真空罩）
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默认地，如果没有选择其他配置，attoDRY800会提供基础型真空罩。该真空罩的几何结构与上百年来全世界范围内一直使用的湿式恒温器相同。为大气环境的光路设计，样品放置于样品托上，工作距离大约是3.5mm。 另外，真空罩表面具有88个M6的装配孔。
1. attoDRY800基础型真空罩，结合大气温度物镜使用（大物镜外径36mm）
2. 隔热罩，为小工作距离，顶部盖子可调节
3. 顶部真空窗口，25mm x 1.5mm，石英玻璃材质（可定制）
4. 默认小工作距离是3.5mm(可定制)，隔热罩顶部窗口，12.7mm x 0.5mm，石英玻璃材质（可定制），默认隔热罩通光孔径 9mm (3, 6 11, 14 mm可定制)
5. 冷台
6. 样品托，Z方向可上下调节7mm行程
7. PCB板，具备12个电学接触
8. M6装配孔，88个，12.5mm网格，位于盖子顶部
9. 安装杆适配器，可快速装配
10. 引线环（盲法兰），可选直流线、SMA接口、光纤接口
另外，attoDry800还可配置：
1、室温物镜-低工作距离型真空罩
适用使用低工作距离室温物镜的实验情形。低温样品放置于XYZ纳米精度位移器上，真空罩内可选配扫描台与具有电学接触的样品托。
2、低温消色差物镜型真空罩
德国attocube公司设计的低温消色差物镜具有高数值孔径，物镜消色差范围大，对类似单光子源等具有弱光学信号的样品也能有的收集效率。因为样品与低温物镜具有相同的温度，该配置可保证实验中样品区域的稳定性。标准配置中样品放置于XY位移器上，可选配扫描器，而Z方向位移器提供低温物镜的移动来保证光信号聚焦在样品表面。
3、高真空物镜型真空罩
虽然增加数值孔径会降低井深，许多人还是喜欢高数值孔径的物镜。因为高数值孔径增加了收集效率，降低实验中的积分时间。attoDRY800高真空物镜型真空罩允许集成标准（45mm长度）高真空物镜。低温样品放置于XYZ低温位移器或者扫描器上方，真空罩内可选配具有电学接触的样品托。
attoDRY800：可选配置
1. 光学平台具有M6装配孔，以下尺寸可选：
默认尺寸: 900 mm x 1800 mm, 隔振器高度：597 mm, 平台厚度：305 mm | |
1200 mm x 1800 mm | 1500 mm x 1800 mm |
1200 mm x 2100 mm | 1500 mm x 2100 mm |
1200 mm x 2400 mm | 1500 mm x 2400 mm |
1200 mm x 2700 mm | 1500 mm x 2700 mm |
1200 mm x 3000 mm | 1500 mm x 3000 mm |
2. 冷台位置可选：
为了满足特定实验中搭建光路的实际需求的不同，attoDRY800的恒温器的冷台位置可以由用户选择。 冷台位置与平台边缘近可以达到200mm,不同尺寸光学平台的冷台位置可选范围不同。 |  |
3. 低温位移器，旋转器等可选：
 | attoDRY800为您选择多维度的纳米位移器，旋转器，倾角器，扫描器的组合使用提供了低温平台。多自由度的运动组合可为实验增加多种测量的可能性。ATC导热带连接后，样品的热量被传导冷台。 |
4. 电学输运测量用样品托可选：
对于需要进行电学测试的用户，attoDRY800提供具有12个电学接触的PCB板用于放置样品，方便用户进行低温电学测试。不同真空罩可选样品托稍有不同。 |  |
5. 电学与光纤接口可选：
 | 直流或者交流电学接口，SMA接口，FC/PC或者FC/APC光纤接口均可选配。 |
1. InGaN量子点作为单光子源的提升与改进
虽然量子点通常被认为是单光子源的佳候选，但它们的实际性能在很大程度上取决于化学成分。在氮化物量子点的特殊情况下，一方面它们即使在温度高达350 K的情况下可以发射单光子，另一方面它们的发射会显著加宽。为了了解优化其性能的佳方法，Robert Taylor小组（英国牛津大学）对InGaN量子点的光致发光进行了广泛的研究，发现在非极性平面上生长的量子点与极性氮化物点相比，光谱扩散率降低，寿命显著缩短。由于在配备有ANPxyz101位移台的attoDRY800低温恒温器中进行了低温光致发光测量，这些发现得以实现。
【参考】Robert A. Taylor, et al; Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281
2. 悬浮纳米颗粒的量子控制
attoDRY800不仅能够为量子光学实验提供一个无障碍的实验平台，而且还可以确保非常干净的高真空条件。Lukas Novotny（瑞士苏黎世ETH）团队出色地利用了这些特性，他们在低温环境中光学悬浮介电纳米颗粒，并实现了对其运动的量子控制。由于在低温环境中抑制气体碰撞和黑体光子发射所提供的水平的退相干，从而允许将粒子的运动反馈冷却到量子基态，从而实现了这些结果，反馈控制依赖于粒子位置的无腔光学测量，该测量接近海森堡关系的小值，在2倍以内。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事会2021年的年度报告中有所体现。
【参考】Lukas Novotny, et al; Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021)
3. 增强单光子量子密钥分配
按下按钮即可发射单光子的工程量子光源是量子通信协议的基本组件。为了大限度地提高量子密钥分发的预期安全密钥和通信距离，柏林理工大学（德国柏林）的Tobias Heindel团队开发了一些工具，以优化使用此类工程单光子发射器实现的量子密钥分发性能。利用二维时间滤波，可以优化预期的安全密钥以及通信距离。该小组在一个基本的量子密钥分发试验台上完成了他们的常规工作，该试验台包括一个量子点装置，该装置向一个四端口接收器发送单光子脉冲，分析飞行量子比特的极化状态。单光子源安装在光学attoDRY800光学恒温器的冷台上，冷台与光学平台的集成为光学平台上的冷点提供了简单的解决方案。该团队的方法进一步证明了通过光子统计进行实时安全监控，这是量子通信安全认证的重要一步。
【参考】Tobias Heindel, et al; Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020)
4. 易于使用的单光子实验平台
有效地产生单个、不可区分的光子对于光学量子信息处理的发展关重要。具体而言，按需创建单光子的探索于某些类型的源和技术。为了实现这一目标，Quandela公司提供光学配件和先进的固态源设备，这些设备每秒可发射数百万个量子纯光子。将attocube的闭式循环低温恒温器attoDRY800与Quandela的半导体量子点发射器相结合，可为复杂的实验和协议提供可靠且易于使用的先进固态单光子源。通过这种稳健的设置，很容易使用单光子源按需生成零、一或两个光子的量子叠加加速芯片多光子实验，并证明该技术可用于大规模制造相同的源。
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【参考】J. C. Loredo, et al; Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics ,13, 803–808(2019)
5. 高压下的纳米量子传感器
压力会影响从行星内部的性质到量子力学相位之间的转换等现象。然而，在高压实验装置（如金刚石砧座单元）中产生的巨大应力梯度限制了大多数常规光谱学技术的应用。为了应对这一挑战，由三个小组（按字母顺序）独立开发了一种新型纳米级传感平台：Jean-Francois Roch小组（法国巴黎大学）、Sen Yang小组（中国香港中文大学）和Norman Yao小组（美国加州大学伯克利分校）。研究人员利用集成在砧座单元中的量子自旋缺陷，在极端压力和温度下以衍射极限的空间分辨率检测到了微小信号。为此，Norman Yao及其同事使用了台式集成闭合循环attoDRY800低温恒温器，这是精确快速控制金刚石砧座温度的理想平台，同时提供了大的样品室和自由光束通道。
【参考】N.Y.Yao, et al; Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354
6. 低温拉曼研究气相沉积的二维材料NiI2晶体磁学性质
范德瓦尔斯磁性材料的发现引起了材料科学和自旋电子学界的关注。制备原子厚度以下的超薄磁性层是一项具有挑战性的工作。国家纳米科学中心的谢黎明研究员团队报道了气相沉积的NiI2范德华晶体，在SiO2/Si衬底上生长的二维NiI2薄片为5−40纳米，在六角氮化硼（h-BN）上可生长原子层厚度的晶体。随温度变化的拉曼光谱揭示了生长的二维NiI2晶体中的磁性相变。该研究工作使用attoDRY800光学低温恒温器进行了样品冷却，低温物镜（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信号采集。这项工作为外延二维磁性过渡金属卤化物提供了一种可行的方法，也为自旋电子器件提供了原子层厚度的材料。
【参考】Liming XIE, et al;Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2 Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551.
7. 范德华异质结构中局域层间激子间的偶极相互作用
虽然自由空间中的光子几乎没有相互作用，但物质可以调解它们之间的相互作用，从而产生光学非线性。这种单量子水平上的相互作用会导致现场光子排斥，对于基于光子的量子信息处理和实现光的强相互作用多体态关重要。美国Ajit Srivastava课题组报道了异质双层MoSe2/WSe2中电场可调的局部化层间激子之间的排斥偶极-偶极相互作用。具有平面外非振荡偶极矩的单个局部化激子的存在将第二激发的能量增加约2 meV：大于发射线宽的一个数量级，对应于约7 nm的偶极间距离。样品被装入闭循环低温恒温器attoDRY800中，课题组自制了低温（~ 4K）显微镜进行PL测量。在较高的激发功率下，多激子络合物以较高的系统能量出现。该发现是朝着创建激子少体和多体态迈出的一步，例如范德华异质结构中具有自旋谷旋量的偶极晶体。
【参考】Ajit Srivastava, et al; Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020)
8. 单层WS2范德华异质结构腔中的光吸收
单层过渡金属二卤化物（TMD）中的激子控制着它们的光学响应并显示出由寿命限制的光−物质强相互作用。虽然各种方法已被应用于增强TMD中的光激子相互作用，但所达到的强度远远不足，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。西班牙Koppens课题组介绍了一种基于TMD的范德瓦尔斯异质结构腔，它提供了在超低激发功率下观察到的近100%激子吸收和激子复合物发射。低温恒温器attoDRY800为光谱吸收实验提供了不同的温度条件（4K-300K）。实验的结果与描述光的激子−空腔相互作用的量子理论框架完全一致。研究发现，辐射、非辐射和退相衰变率之间的微妙相互作用起着关重要的作用，并揭示了二维系统中激子的普遍吸收定律。此增强型光−激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了一个平台，为基于二维半导体的光电子器件提供了新的可能性。
【参考】Frank H. L. Koppens, et al; Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2 Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552
9. InGaN 量子点：单光子发射
英国牛津大学的R. Taylor 教授与R.A. Oliver 博士的课题组成功的基于attoDR800测量了InGaN量子点的单光子发射现象。在5K温到200K以上温度范围内，进行了量子点的光学偏振测试。实验中使用了微米-荧光光谱对低温下样品进行了测量。实验表明该量子点光信号很强，在200K以上温度任然具有稳定的光学性能。因而，此类量子点在集成电路中具有应用前景。
参考文献：Prof R.A.Taylor, et al. Nanoscale, 2017, 9, 9421-9427
10. 二维材料：拉曼光谱
国家纳米科学中心的谢黎明教授课题组使用attoDR800测量了单层1T-TaS2的低温拉曼结果。通过分析4K温到300K以上温度范围内拉曼光谱数据，用户发现了该材料中的相变现象。该工作也对不同厚度材料的相变现象进行了系统研究。该类超薄二维材料在电学器件中具有应用前景，课题组基于该材料制作了室温使用的辐射热测定器，测定器具有反应速度高的特性。
参考文献：Prof Liming XIE, et al. Advanced Materials, 2018, 1800074
