西蒙斯天文台：220/280 GHz TES探测器模块的特性研究

《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》：The Simons Observatory: Characterization of the 220/280 GHz TES Detector Modules

Simons Observatory超高频探测器模块实验室测试显示，25个UHF模块平均有效TES达83%（超36000个器件），220/280GHz饱和功率中位数分别为24/26 pW，接近目标范围，光学效率0.6，NEP<40 aW/√Hz，预计达到背景限制性能，目前39个模块已进入科学观测阶段。

　　

摘要：

西蒙斯天文台（Simons Observatory，简称SO）是一套位于智利阿塔卡马沙漠的新型宇宙微波背景望远镜系统，其科学研究涵盖了宇宙学、银河系及河外天体物理学以及粒子物理学等多个领域。该天文台将利用三种类型的偏振敏感过渡边缘传感器（Transition-Edge Sensor，简称TES）探测器模块，在多个角尺度范围内对毫米波天空进行观测。这些探测器模块采用六种不同的光谱波段，具体包括：中心频率约为30 GHz和40 GHz的低频（Low-Frequency，LF）模块、中心频率约为90 GHz和150 GHz的中频（Mid-Frequency，MF）模块，以及中心频率约为220 GHz和280 GHz的超高频（Ultra-High-Frequency，UHF）模块。目前，已生产出25个UHF探测器模块，每个模块包含1720个光学耦合的TES传感器，这些传感器通过微波SQUID（Superconducting QUantum Interference Device）技术实现多路复用读出。本文总结了这些探测器模块在实验室低温环境下的性能测试结果。在所有UHF模块中，平均可使用的TES传感器数量占比为83%，相当于共测试了超过36,000个传感器。220 GHz和280 GHz波段的饱和功率中值分别为（24 pW）和（26 pW），接近其目标范围的中心值。这两个波段的光学效率中值均为0.6，有效时间常数中值为0.4 ms，暗噪声等效功率（Noise Equivalent Power，简称NEP）约为40 aW/Hz。预计在220 GHz和280 GHz波段，探测器的NEP值分别为64 aW/Hz和99 aW/Hz，这表明这些探测器在观测时能够将背景噪声降至最低水平。目前，共有39个UHF和MF探测器模块正在实际观测设备中运行，这些设备正从调试阶段逐步进入全面科学观测阶段。