一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法技术

本发明专利技术涉及一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法，包括骤：搭建亚K低温测试系统，测试待测MKIDs探测器阵列芯片的原始谐振频率响应；保持亚K低温测试系统和待测MKIDs探测器阵列芯片安装状态不变，使用影响像元谐振特性的介质附着在待标定探测器像元的表面；保持亚K低温测试系统不变，重新测试待测MKIDs探测器阵列芯片的谐振频率响应；比对两次实测的探测器阵列谐振频率响应，有频率偏移的谐振即为标定的探测器像元。本发明专利技术可解决MKIDs超导探测器阵列部分像元的频率偏移和错位的问题，进而提高MKIDs超导微波动态电感探测器的成像准确性。探测器的成像准确性。探测器的成像准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法


[0001]本专利技术属于太赫兹低温超导探测器领域，涉及一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法。

技术介绍

[0002]太赫兹频段的频率范围为0.1～10THz，包含大量星际分子、原子及离子特征谱线，是天文观测研究的独特频段，对于理解宇宙状态和演化具有非常重要的意义。为满足天文观测科学需求，近年来太赫兹探测器朝着多波段、大阵列、高灵敏度的方向发展。
[0003]超导微波动态电感探测器(MKIDs)是近20年兴起的一种超导探测器，在射电、光学、甚至更高谱段发挥着越来越重要的作用。基于超导薄膜工作在亚K温区的MKIDs探测器已成为太赫兹波段灵敏度最高的探测器之一，并快速向多像元方向发展，现阶段国际上超导微波动态电感探测器已经突破了1万像元。此外，MKIDs探测器的另外一个优势就是可以简单实现频分复用技术，即设计在不同微波谐振频率的成百上千探测器单元可以通过单一微波传输线读出。
[0004]MKIDs探测器原理相对较简单，如图1和图2所示，每一个探测器单元都是一个设计在微波频段的平面型谐振器。当入射光子被超导薄膜吸收，且能量超过两倍超导能隙时，会打破库珀对(Cooperpairs)，产生大量准粒子(quasiparticles)。准粒子的产生会改变超导薄膜的表面阻抗，从而改变了超导薄膜表面阻抗，导致探测器单元谐振频率和Q因子的变化。通过读出电路测量谐振响应幅度和相位的变化，可以实现信号的探测。
[0005]在理想状态下，MKIDs超导微波动态电感探测器中每个像元空间位置都一一对应着一个设计的谐振频率，参见图3。但在实际应用中，由于读出电路带宽限制、超导薄膜物理特性差异以及制备工艺问题，且探测器阵列的像元数也朝着大规模方向发展，相邻探测器单元的频率间隔也会越来越小，部分像元间会经常出现频率的偏移、错位以及缺失等(如图4所示，为实际情况下，部分像元对应谐振会出现缺失和错位)，如何准确标定谐振频率和具体像元空间位置的对应是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]为解决太赫兹MIKDs超导探测器阵列中，部分像元间的频率偏移、错位以及缺失等问题，提高MKIDs超导微波动态电感探测器的成像准确性，本专利技术提出一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一、搭建亚K低温测试系统，测试待测MKIDs探测器阵列芯片的原始谐振频率响应；
[0010]步骤二、保持亚K低温测试系统和待测MKIDs探测器阵列芯片安装状态不变，使用影响像元谐振特性的介质附着在待标定探测器像元的表面；
[0011]步骤三、保持亚K低温测试系统不变，重新测试待测MKIDs探测器阵列芯片的谐振频率响应；
[0012]步骤四、比对两次实测的探测器阵列谐振频率响应，有频率偏移的谐振即为标定的探测器像元。
[0013]进一步地，步骤二中，所述介质为成分不含金属的低温胶。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015]本专利技术是一种应用于天文的大规模超导探测器阵列MKIDs中像元工作状态及位置的判别方法，操作简单，可行性强。其针对的MKIDs超导探测器本身就是一个超高Q值的谐振器，极少量的任意形状的介质(如低温胶)就可以达到效果，且对谐振频率的影响只是KHz量级，不会干扰到其他谐振的判断。本专利技术可解决MKIDs超导探测器阵列部分像元的频率偏移和错位的问题，进而提高MKIDs超导微波动态电感探测器的成像准确性。本专利技术对于解决像元工作状态不明、像元间不易分辨等问题具有重要意义，同时将对太赫兹射电天文连续谱成像系统的发展与应用起到积极作用。
附图说明
[0016]图1为MKIDs超导探测器单像元结构图；
[0017]图2为MKIDs超导探测器单像元工作原理示意图；图中，f是探测器系统的读出频率，f0是探测器单个像元无辐射时的工作频率，δf是有辐射信号被探测器接受时的变化量，S21是读出系统的传输系数；
[0018]图3为理想情况下，MKIDs像元空间位置和频率响应对应示意图；
[0019]图4为实际情况下，部分谐振频率出现缺失和错位示意图；
[0020]图5为2
×
5像元超导探测器阵列滴胶演示实验的实物图；
[0021]图6为滴胶演示实验，MKIDs像元空间位置和频率响应对应示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术的MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法作进一步地说明。
[0023]一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法，包括如下步骤：
[0024]步骤一、搭建亚K低温测试系统(搭建该系统为本领域技术人员公知)，测试待测MKIDs探测器阵列芯片的原始谐振频率响应；
[0025]步骤二、保持亚K低温测试系统和待测MKIDs探测器阵列芯片安装状态不变，使用影响像元谐振特性的介质附着在待标定探测器像元的表面；
[0026]本实施例演示实验中，采用成分不含金属的任意低温胶作为影响像元谐振特性的介质即可。低温胶低温附着能力强，溶于丙酮，便于清洗，无需破坏原有芯片的安装状态，利于维持测试系统稳定性及结果的准确性。由于清洗芯片的化学试剂很容易清洗掉低温胶，该方法具有快速便捷和高重复性等特点。
[0027]步骤三、保持亚K低温测试系统不变，重新测试待测MKIDs探测器阵列芯片的谐振频率响应；
[0028]步骤四、比对两次实测的探测器阵列谐振频率响应，有频率偏移的谐振即为标定
的探测器像元。
[0029]参见图5和图6，本专利技术通过在待标定谐振像元位置部分覆盖介质(低温胶)，增大了谐振器部分的有效介电常数，从而改变了待标定像元的谐振频率，实现对待标定像元空间位置与频率的准确对应。利用超导薄膜的高Q值，少量不均匀的介质(低温胶)即可生效。
[0030]通过两次实验对比，即可完成待标定探测器的谐振频率和具体像元空间位置对应的标定。
[0031]以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术方法范围内，可轻易想到的替换或变换方法，都应该涵盖在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、搭建亚K低温测试系统，测试待测MKIDs探测器阵列芯片的原始谐振频率响应；步骤二、保持亚K低温测试系统和待测MKIDs探测器阵列芯片安装状态不变，使用影响像元谐振特性的介质附着在待标定探测器像元的表面；步骤三、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟涛，李婧，史生才，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：