用于暗物质轴子探测的里德伯原子腔探测器中的耦合微波腔系统

开发了一种圆柱形TM$_{010}$单模耦合微波腔系统，用于在10 mK温度范围内使用里德伯原子腔探测器搜索约10 $\mu {\rm eV}$(2.4 GHz)的暗物质轴子。耦合腔的一个组件(转换腔)由无氧高导电铜制成，用于在强磁场中通过Primakoff过程将轴子转换为单个光子，而另一个组件(探测腔)由Nb制成，用于探测穿过其中的里德伯原子转换的光子，无需磁场。探测腔的顶部连接到稀释制冷机混合室的底部法兰，因此整个腔体冷却到10 mK范围，以减少腔体内的背景热黑体光子。通过沿圆柱轴独立插入腔体各部分的介电棒移动，腔体谐振频率可在约15%范围内调谐。为了减少从较高温度侧到最冷却的稀释制冷机部分的热负荷，转换腔处的调谐杆特别通过Kevlar绳由低温恒温器外室温下的步进电机驱动。迄今为止达到的最低温度在长时间运行期间为12 $\sim$ 15 mK，低温下的加载Q值在整个频率调谐范围内为3.5 $\sim$ 4.5 $\times$ $10^4$。介绍了耦合腔系统的特性和性能，并讨论了可能的未来改进。