用于 PRIMA 的远红外动力学电感探测器样机的表征

天体物理学远红外探测任务 PRIMA（PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics）正作为潜在的远红外空间任务被研究，其具备主动冷却光学系统以及成像与光谱仪器。为充分利用冷望远镜所提供的低背景，PRIMA 的光谱探测需要噪声等效功率（NEP）优于 $1 \times 10^{-19}$ W Hz$^{-1/2}$ 的探测器。为实现该目标，我们正在开发工作于 $25-250$ 微米波段的大阵列动力学电感探测器（KIDs）。本文介绍了一款针对 $210$ 微米优化的单像元原型探测器的设计与表征。该 KID 由透镜耦合的铝电感-吸收体与铌叉指电容连接构成 2 GHz 谐振器。我们制作了含 28 个 KIDs 的小型阵列，并在 $0.01 - 300$ aW 的光负载范围内测量了其中一个探测器的性能。在低负载下，该探测器在 10 Hz 读出频率下达到 $9\times10^{-20}$ W Hz$^{-1/2}$ 的 NEP。对这些测量的外推表明，该探测器在高达 20 fW 的负载下可能仍受光子噪声限制，为 PRIMA 对明亮天体源的观测提供了高动态范围。