中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室王堅課題組經(jīng)過(guò)兩年攻關(guān),攻克了微弱信號檢測、高增益靈敏放大、暗流及背景噪聲抑制、高真空低溫封裝、高精度數字鎖相放大等關(guān)鍵技術(shù),成功研制出2.5~5微米波段紅外天光背景測量?jì)x。相關(guān)成果日前發(fā)表在《天文望遠鏡儀器和系統雜志》上。
紅外觀(guān)測是天文研究的重要手段。長(cháng)久以來(lái),我國紅外天文研究發(fā)展受限于優(yōu)良臺址和探測器的缺乏。國內紅外探測器技術(shù)起步較晚且發(fā)展相對滯后,加上國外在紅外設備方面對中國的商業(yè)限制,使得我國紅外天文發(fā)展嚴重落后。
隨著(zhù)近年來(lái)我國天文研究領(lǐng)域的不斷擴展,中國天文界擁有紅外天文觀(guān)測能力的愿望也更加迫切。近期我國多項大型光學(xué)紅外天文觀(guān)測設備項目獲得天文界支持,為了保證這些大型設備建設成功后,順利高效地開(kāi)展紅外觀(guān)測儀器的研制和紅外天文的觀(guān)測研究,必須對相關(guān)候選站址進(jìn)行紅外天光背景的測量。在紅外波段的天光背景輻射強度很大程度上限制著(zhù)紅外望遠鏡及其他觀(guān)測設備的一些重要性能,如巡天深度、能夠觀(guān)測的極限星等、天文成像系統曝光時(shí)間等。
由于地面大氣的吸收效應,地基紅外望遠鏡只能從若干大氣窗口進(jìn)行觀(guān)測。2.5-5um是熱紅外波段的開(kāi)始,是地面觀(guān)測的重要窗口L和M波段的所在區域。
圖1地面紅外可觀(guān)測波段
王堅課題組帶領(lǐng)的光電探測技術(shù)團隊根據InSb探測器在2.5~5微米波段上高響應的性能,利用線(xiàn)性可變?yōu)V波片在此波段線(xiàn)性可變的特點(diǎn),成功研制出此波段上連續掃描觀(guān)測的紅外天光背景測量?jì)x。
圖2光學(xué)模型和測量?jì)x外形
由于天光背景強度極其微弱,探測器輸出信號低于nA量級,他們采用鎖相放大技術(shù)成功提取出淹沒(méi)在噪聲中的信號。為降低探測器暗電流的影響、克服背景熱噪聲,他們還將探測器制冷到-150℃以下,并進(jìn)行了適應低溫的斬波器和光學(xué)設計。