Teledyne COSMOS相机特性表征：一款用于天文学的大面阵CMOS图像传感器

Teledyne COSMOS-66是一款专为天文成像设计的下一代CMOS相机，具有大面阵传感器（$8120 \times 8120$像素，每个像素$10 \mu m$）、高量子效率、高帧率以及可实现低读出噪声的相关多采样模式。我们进行了一系列台架测试和实际天空测试，以表征该传感器并分析其在天文仪器中的适用性。本文展示了线性度、转换增益、读出噪声、暗电流、量子效率、图像拖影和串扰的测量结果。我们发现该传感器在饱和度的5%以下表现出非线性响应。这种非线性可能归因于每个像素中电子的俘获。我们开发并实现了一种逐像素的非线性校正，从而能够在整个动态范围内进行精确的光度测量。实施此校正后，在相关多采样模式下运行，传感器在$-25^\circ C$时实现了$2.9 e^-$的有效读出噪声和$0.12 e^-/pix/s$的暗电流。量子效率在250 nm至800 nm范围内超过50%，在600 nm处达到89%的峰值。我们观察到像素间存在显著的光学串扰，这可能是由光电子扩散引起的。为了展示该传感器的天文性能，我们将其安装在帕洛马天文台的WINTER 1米望远镜上。这些测试证实，线性度校准能够实现精确的恒星光度测量，并验证了我们测量的噪声水平。总体而言，COSMOS-66提供了与大幅面CCD相似的噪声性能，但具有更高的帧率和更宽松的冷却要求。如果通过像素设计改进来减轻非线性和串扰，那么该相机可能会结合低噪声CMOS图像传感器的优势与大幅面CCD的集成简便性，从而将其应用范围扩展到一系列天文科学案例。