通过像素级增益校正改善科学级 CMOS 探测器的 X 射线能量分辨率
天体物理仪器与方法
2023-03-16 v1 高能物理 - 实验
仪器与探测器
摘要
科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）传感器由于相比电荷耦合器件（CCD）具有更高读出帧率、更高辐射耐受性和更高工作温度等优势，在天文观测中的应用日益增多。在本工作中，我们研究了一款大面阵 sCMOS 传感器 GSENSE1516BSI 在单个像素层面的性能，该传感器具有 4096 * 4096 像素，每像素尺寸为 15 {\mu}m。为此，在 sCMOS 传感器上选取三个区域，每个区域由 99 * 99 像素组成用于实验。通过对每个像素长时间曝光累积的大量（超过 25,000）X 射线事件，测量了这些区域内各像素的读出噪声、转换增益和能量分辨率。这些像素在室温下对 6.4 keV 的能量分辨率可达 140 eV，并与读出噪声呈显著正相关。还可根据各像素获得的 X 射线能谱逐一推导其精确增益。在所研究区域内约三万个像素中，发现增益值变化在统计上为 0.56% 水平。利用为每个像素精确确定的增益，在这些区域内逐像素进行精确增益校正，有别于传统方法中使用的标准化整体增益。以此方式，我们几乎完全消除了由像素间增益变化引起的能量分辨率退化。结果，室温下的能量分辨率显著改善至 4.5 keV 处 124.6 eV 和 6.4 keV 处 140.7 eV。这种逐像素增益校正方法可应用于各类 CMOS 传感器，并有望在未来 X 射线光谱观测中找到有趣的应用。
引用
@article{arxiv.2303.01027,
title = {Improving the X-ray energy resolution of a scientific CMOS detector by pixel-level gain correction},
author = {Qinyu Wu and Zhixing Ling and Xinyang Wang and Chen Zhang and Weimin Yuan and Shuang-Nan Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.01027},
year = {2023}
}
备注
accepted by PASP