超越CCD：面向光学天文的sCMOS探测器表征

现代科学互补金属氧化物半导体（sCMOS）探测器为电荷耦合器件（CCD）提供了极具竞争力的替代方案，而后者在历史上一直主导着光学成像领域。sCMOS 具有与 CCD 相当的性能，且具备更快的帧率、更低的读出噪声和更高的动态范围。此外，其较低的生产成本正促使业界放弃对 CCD 的支持与生产，转而青睐 CMOS，这使得对其进行表征显得尤为迫切。在本工作中，我们对多种市售高端 sCMOS 探测器进行了表征，以评估该技术在光学天文应用背景下的现状。我们评估了一系列 sCMOS 探测器，包括 Teledyne Prime 95B 和 Andor Sona-11 等较大像素型号，它们的像素尺寸与 CCD 相似，适用于宽视场天文。此外，我们还评估了 Ximea xiJ 和 Andor Sona-6 等较小像素探测器，它们更适合深空成像。另外，还测试了如 Hamamatsu Orca-Quest C15550-20UP 等高灵敏度定量 sCMOS 探测器，该探测器能够分辨单个光电子。实验室测试表明，所有探测器的暗电流、读出噪声、坏像素和固定模式噪声水平均较低，且线性度均超过 $98\%$。Orca-Quest 的噪声水平极低，其暗电流为 $0.0067 \pm 0.0003$ e$^-$/s（在 $-20^\circ$C 气冷条件下），使用标准读出模式时的读出噪声为 $0.37 \pm 0.09$ e$^-$。我们的测试表明，最新一代的 sCMOS 探测器在光学成像性能上表现卓越，为未来的光学天文仪器提供了一种比 CCD 更易获取的替代方案。