面向下一代 X 射线 CCD 的快速低噪声读出系统的研制与表征

宽能区响应、低电子读出噪声和良好的能量分辨率，使得 X 射线电荷耦合器件（CCD）在过去半个世纪中成为研制软 X 射线天文仪器的自然选择。它们还具有大阵列格式和小像元尺寸，这使其成为下一代天文 X 射线任务的潜在候选者。然而，下一代 X 射线望远镜实验相较于现有观测设施，提出显著更大的集光面积，以探索低光度和高红移的 X 射线宇宙，这要求这些探测器具有快一个数量级的读出速度。在此背景下，斯坦福大学（SU）与麻省理工学院（MIT）合作，启动了 X 射线 CCD 快速读出电子学的研制。在 SU，我们设计并开发了一种快速低噪声读出模块，目标是实现 5 Mpixel/s 的读出速度。我们成功以 4 Mpixels/s 运行了 512 $\times$ 512 像元的原型 CCD 阵列。本文描述了读出电子学的细节，并报道了在这些读出速度下探测器的读出噪声和能量分辨率性能。未来，我们计划继续改进读出模块的性能，并最终收敛到专用的基于 ASIC 的读出系统，以实现大阵列多节点 CCD 器件的并行读出。