基于微波动电感探测器的未来天基远红外天文台千像素成像系统

未来在远红外到毫米波段运行的天体物理学和宇宙微波背景空间任务，将需要超灵敏探测器的超大阵列，并结合高复用因子以及高效低噪声、低功耗的读出系统。我们开发了一个适用于此类应用的演示系统。该系统将一个基于微波动电感探测器（MKID）的 961 像素成像阵列与一个读出系统相结合，该读出系统能够仅用一对读出线缆和一个低温放大器同时读出所有像素。我们在具有代表性的环境中，评估了系统在 850 GHz 观测中心频率和 20% 分数带宽下的灵敏度、动态范围、光学效率、宇宙射线抑制、像素间串扰和整体良率等方面的性能。整个系统具有极佳的灵敏度，使用热校准源测得的平均探测器灵敏度 NEPdet=3x10^-19 W/rt(Hz)。在每像素 50fW 的负载功率下，我们证明了低至 300 mHz 的白光子噪声受限探测器噪声。动态范围允许在不调谐探测器读出的情况下探测视场内 1 Jy 的亮源。当在 L2 或类似的远地轨道运行时，发现由宇宙射线相互作用导致的预期死区时间 <4%。此外，实现的像素良率为 83%，像素间串扰 <-30dB。这表明 MKID 技术可以提供约 1000 量级的复用比，并具有最先进的单像素性能，且该技术现已足够成熟，可考虑用于未来的天基天文台和实验。