Światło o submilimetrowych długościach fal czy to z zakresu dalekiej podczerwieni może podróżować z głębokiego kosmosu na duże bardzo odległości, przenikając przez obłoki pyłu i dostarczając nam informacji o historii wszechświata oraz pochodzeniu galaktyk, gwiazd i planet. Jednak ta długa podróż osłabia te sygnały, co sprawia, że potrzebujemy bardzo czułych detektorów działających w temperaturach milikelwinów w instrumencie kosmicznym.
Bolometry z czujnikiem krawędzi przejścia (TES) są detektorami nadprzewodnikowymi, wykorzystującymi załamanie stanu nadprzewodzącego, a tym samym gwałtowny wzrost rezystancji przy nawet niewielkim wzroście jego temperatury, do pomiaru promieniowania o bardzo dużych długościach fali. Ich rezystancja jest więc niezwykle wrażliwa na zmianę temperatury, spowodowaną mocą grzewczą światła. Po podgrzaniu przez padające fotony, nawet niewielka zmiana temperatury może wywołać w detektorze mierzalne odpowiedzi prądowe.
Wyzwaniem dla technologii TES, wykorzystywanej w misjach kosmicznych, jest nie tylko czułość, ale także możliwość odczytywania wielu pikseli jednocześnie. Bez tego tak zwanego multipleksowania ? łączenia sygnałów z wielu pikseli w jeden sparowany przewód ? przewody połączeniowe dla każdego piksela osobno generowałyby zbyt dużo ciepła, co uniemożliwiłoby utrzymanie czujników w wymaganej temperaturze bliskiej zeru bezwzględnego.
Qian Wang, ściśle współpracując z Pouryą Khosropanah i innymi członkami zespołu SAFARI-FDM w SRON (Holenderski Instytut Badań Kosmicznych), kierowanego przez Gerta de Lange, zademonstrował system multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM), który może jednocześnie odczytać 60 bolometrów TES przy użyciu tylko jednego sparowanego przewodu i wzmacniacz. Szum odczytu jest niższy w porównaniu z poprzednimi pracami realizowanymi w SRON i innych laboratoriach; spadł aż do poziomu 0,45 aW/?Hz. Czułości mierzone w trybie pracy multipleksowania są takie same jak w trybie pojedynczego piksela.
Naukowcy spodziewają się odczytać niebawem co najmniej 130 pikseli jednocześnie, jeśli tylko rozszerzą zakres częstotliwości używany w obecnej konfiguracji FDM. Wynik pokazuje, że technologia odczytu spełnia wymagania japońskiej misji kosmicznej LiteBIRD i że technologia FDM jest doskonałą opcją dla misji OST NASA w perspektywie długoterminowej.
Źródło: https://phys.org/news/2021-11-team-simultaneous-readout-bolometers-far-infrared.html
Bolometry z czujnikiem krawędzi przejścia (TES) są detektorami nadprzewodnikowymi, wykorzystującymi załamanie stanu nadprzewodzącego, a tym samym gwałtowny wzrost rezystancji przy nawet niewielkim wzroście jego temperatury, do pomiaru promieniowania o bardzo dużych długościach fali. Ich rezystancja jest więc niezwykle wrażliwa na zmianę temperatury, spowodowaną mocą grzewczą światła. Po podgrzaniu przez padające fotony, nawet niewielka zmiana temperatury może wywołać w detektorze mierzalne odpowiedzi prądowe.
Wyzwaniem dla technologii TES, wykorzystywanej w misjach kosmicznych, jest nie tylko czułość, ale także możliwość odczytywania wielu pikseli jednocześnie. Bez tego tak zwanego multipleksowania ? łączenia sygnałów z wielu pikseli w jeden sparowany przewód ? przewody połączeniowe dla każdego piksela osobno generowałyby zbyt dużo ciepła, co uniemożliwiłoby utrzymanie czujników w wymaganej temperaturze bliskiej zeru bezwzględnego.
Qian Wang, ściśle współpracując z Pouryą Khosropanah i innymi członkami zespołu SAFARI-FDM w SRON (Holenderski Instytut Badań Kosmicznych), kierowanego przez Gerta de Lange, zademonstrował system multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM), który może jednocześnie odczytać 60 bolometrów TES przy użyciu tylko jednego sparowanego przewodu i wzmacniacz. Szum odczytu jest niższy w porównaniu z poprzednimi pracami realizowanymi w SRON i innych laboratoriach; spadł aż do poziomu 0,45 aW/?Hz. Czułości mierzone w trybie pracy multipleksowania są takie same jak w trybie pojedynczego piksela.
Naukowcy spodziewają się odczytać niebawem co najmniej 130 pikseli jednocześnie, jeśli tylko rozszerzą zakres częstotliwości używany w obecnej konfiguracji FDM. Wynik pokazuje, że technologia odczytu spełnia wymagania japońskiej misji kosmicznej LiteBIRD i że technologia FDM jest doskonałą opcją dla misji OST NASA w perspektywie długoterminowej.
Źródło: https://phys.org/news/2021-11-team-simultaneous-readout-bolometers-far-infrared.html
Fajne? Ranking DIY