Simons Observatory：用于毫米波极化调制器的大直径大负载超导磁力轴

我们展示了面向 Simons Observatory (SO) 中 SAT-LF 端口望远镜（该望远镜在 30/40 GHz 频段具有灵敏度）的极化调制器超导磁力轴 (SMB) 系统的设计方法与表征。SO是一项地面基准的宇宙微波背景 (CMB) 极化实验，SAT 望远镜旨在探测尺度为度的数值奇偶极性极化各向异性。每个 SAT 望远镜配备了一种低温连续旋转的半波板 (HWP) 作为极化调制器，以消除大气 $1/f$ 噪声和仪器系统性误差。HWP 系统采用 SMB，由环形磁体和超导体构成，以实现约 550 mm 的清晰光圈并在约 50 K 的温度下实现稳定的 2 Hz 旋转。SAT-LF HWP 系统的一个挑战在于由于 HWP 厚度超过以往望远镜，SMB 承受约 35 kg 的大型负载。由于 SMB 的刚度对于维持 HWP 在望远镜中的准直至关重要，我们采用所谓的 H 型公式进行有限元仿真，来定量预测其刚度。我们评估了磁体和超导体各种几何形状的刚度，从而优化其尺寸。该预测与制造出的 SMB 的实验测量结果高度吻合，显示约 5% 的精度。我们还证明了 SMB 在以 2 Hz 旋转时实现足够低的摩擦引起的热量耗散，测得为 0.26 W。本文所示的设计方法与实现不仅为 SO SAT-LF 提供了一种使能技术，也是未来大量使用 HWP 极化调制器的 CMB 实验的关键一步。