先进光子源（Advanced Photon Source）中软X射线过渡边缘光谱仪传感器阵列的实验室特性研究

《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》：Lab characterization of the soft X-ray transition edge spectrometer sensor array for the Advanced Photon Source

软X射线共振散射探测器采用256像素过渡边缘传感器阵列，结合Bi/Au吸收器和微结构读出头设计，优化了0.2-2keV能量分辨率与高计数率运行能力。实验室测试显示能量分辨率中值2.3eV（Al Kα 1.5keV），80%像素分辨率低于3eV，主要受温度灵敏度影响。该探测器已满足APS光束线相关实验最低要求，后续将开展光束线联调、高计数率验证及能标校准工作。

　　

摘要：

软X射线共振散射是探测电子、磁性和轨道有序性的有效方法，但其信号通常被较强的弹性散射、非弹性散射和荧光背景所掩盖。为了在先进光子源（APS）X射线同步加速器上开展新的科学研究，我们开发了一种基于过渡边缘传感器阵列的光谱仪。该仪器专为0.2至2keV能量范围内的能量分辨检测而设计，能够在高光子计数率下持续运行，并且其机械结构使得传感器与样品之间的距离很小，同时不会干扰现有的硬件设备。新制造的256像素传感器阵列由Mo/Au过渡边缘传感器组成，这些传感器配备了Bi/Au吸收层，并封装在一个微型平台上，采用频率复用的Mux读出系统。在最终仪器集成和光束线部署之前，我们对该阵列进行了实验室测试。直流电流-电压测量结果显示其均匀性和产额符合要求，但发现双层材料的临界温度高于预期。读出特性分析表明，大多数Mux通道的工作状态符合TES（过渡边缘传感器）的能量分辨率限制。使用实验室X射线源进行的软X射线光谱测量显示，整个阵列在Al K（1.5keV）处的半高全宽能量分辨率为2.3eV，几乎80%的像素能够产生分辨率低于3eV的光谱。能量分辨率高于预期主要是由于与原型设计相比，该传感器的电阻对温度的敏感度降低（）。总体而言，这些结果表明该光谱仪满足了在APS上进行软X射线共振散射及相关测量的最低要求。下一步的工作将集中在光束线上对仪器进行调试、验证其在高光子计数率下的运行性能，以及建立适用于软X射线科学的能量校准和数据分析流程。