从实验室测试到科学:将 SAPHIRA HgCdTe L-APD 探测器应用于自适应光学

由于其高帧率、高灵敏度、低噪声和低暗电流,SAPHIRA 探测器为天文观测提供了新能力。SAPHIRA 探测器是由 Leonardo 制造的 320x256@24 $\mu$m 像素 HgCdTe 线性雪崩光电二极管阵列。它对 0.8-2.5 $\mu$m 光敏感。与其他近红外阵列不同,SAPHIRA 具有用户可调的雪崩增益,可倍增光子信号但对读出噪声影响极小。这实现了等效亚电子读出噪声,从而具备光子计数性能,这是此前天文近红外阵列未能达到的。SAPHIRA 旨在高时钟速度下工作,我们开发了新的读出控制器以利用此能力,从而实现高帧率(全帧约 400 Hz,或 128x128 像素子阵列约 1.7 kHz)。从首批科学级 SAPHIRA 探测器开始,并延续至后来改进的设备,我们将 SAPHIRA 部署到昴星望远镜的 SCExAO 仪器上。SCExAO 是一台极端自适应光学仪器,用于观测高对比度天体,如碎屑盘和系外行星。在 SCExAO 期间,我们展示了 SAPHIRA 作为焦平面波前传感器的能力,并开展了斑点演化的广泛研究。我们对 SAPHIRA 在棱锥光学后波前传感能力的展示,促成了为设施级 Keck 行星成像仪选择 SAPHIRA 探测器与棱锥光学的决定。此外,我们利用 SCExAO 提供的高斯特尔比表征了 HIP 79977 碎屑盘的形态。很大程度上由于我们对 SAPHIRA 探测器性能的表征及其能力的展示,全球众多设施近期已提议在正在开发的仪器中使用它们。