面向CMB偏振实验的220 GHz钛超导TES探测器技术研究

罗强辉; 缪巍; 李费明; 钟家强; 王争; 丁江乔; 周康敏; 张文; 任远; 史生才

doi:10.37188/OPE.20233104.0442

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面向CMB偏振实验的220 GHz钛超导TES探测器技术研究

现代应用光学 | 更新时间：2023-02-28

- 面向CMB偏振实验的220 GHz钛超导TES探测器技术研究
- Development of a 220 GHz Ti superconducting TES detector array for CMB polarization experiment
- 光学精密工程 2023年31卷第4期页码：442-449
- 作者机构：
  
  1.中国科学院紫金山天文台，江苏南京 210023
  2.中国科学技术大学，安徽合肥 230026
  3.南京信息工程大学，江苏南京 210044
- 作者简介：
  
  [ "罗强辉（1997-），男，重庆荣昌人，硕士研究生，2020 年于燕山大学获得学士学位，主要从事太赫兹探测器的研究。 E-mail：luoqianghui@mail.ustc.edu.cn" ]
  [ "缪巍（1981-），男，江苏南通人，博士，研究员，2010 年于法国皮埃尔和玛丽居里大学获得博士学位，主要从事主要从事太赫兹超导探测器技术研究研究。 E-mail： weimiao@pmo.ac.cn" ]
  [ "史生才（1965-），男，江苏南京人，中国科学院院士，射电天文学家，1996年于日本综合研究大学院大学获得博士学位，现为中国科学院紫金山天文台毫米波和亚毫米波技术实验室首席科学家，主要从事太赫兹超导探测器技术研究。 E-mail： scshi@pmo.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(11873099;11922308)
- DOI：10.37188/OPE.20233104.0442
  中图分类号： TL81
- 收稿日期：2022-06-17，
  
  修回日期：2022-08-11，
  
  纸质出版日期：2023-02-25
- 稿件说明：
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罗强辉,缪巍,李费明等.面向CMB偏振实验的220 GHz钛超导TES探测器技术研究[J].光学精密工程,2023,31(04):442-449.

LUO Qianghui,MIAO Wei,LI Feiming,et al.Development of a 220 GHz Ti superconducting TES detector array for CMB polarization experiment[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(04):442-449.
罗强辉,缪巍,李费明等.面向CMB偏振实验的220 GHz钛超导TES探测器技术研究[J].光学精密工程,2023,31(04):442-449. DOI： 10.37188/OPE.20233104.0442.

LUO Qianghui,MIAO Wei,LI Feiming,et al.Development of a 220 GHz Ti superconducting TES detector array for CMB polarization experiment[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(04):442-449. DOI： 10.37188/OPE.20233104.0442.

摘要

高灵敏度超导相变边缘探测器（Transition Edge Sensor，TES）在宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background，CMB）辐射B模偏振探测方面具有重要的应用前景。本文设计并制备了220 GHz频段8×8像元的天线耦合钛超导TES探测器，实验表征了刻蚀前钛超导TES探测器的低温热导和噪声特性。实验结果显示，钛超导TES探测器低温电声相互作用主导热导约为485.4 pW/K，同时钛超导TES探测器噪声等效功率优于5×10

W/Hz

0.5

。原理上，钛超导TES探测器热导在刻蚀后会进一步减小，理论计算出刻蚀后钛超导TES探测器的热导约为38 pW/K，同时，其热起伏等效噪声功率理论值约为9.2×10

W/Hz

0.5

，因此，钛超导TES探测器在刻蚀后的噪声等效功率性能会进一步提升。

Abstract

High-sensitivity superconducting transition edge sensor （TES） detectors have significant application prospects in the detection of the B-mode polarization of cosmic microwave background （CMB）. In this study， we developed a 220 GHz antenna-coupled titanium （Ti） superconducting TES detector array （8×8） using a leg supporting structure. Before the supporting legs were fabricated， we measured the thermal conductance and the noise equivalent power （NEP） of the Ti superconducting TES detector. The measurement results show that the thermal conductance of the Ti superconducting TES detector， primarily determined by the electron-phonon interaction in the superconducting Ti microbridge， is approximately 485.4 pW/K. Moreover， the NEP of the Ti superconducting TES detector is approximately 5×10

W/Hz

0.5

. In principle， the thermal conductance of the Ti superconducting TES detector can be further reduced after its supporting legs are fabricated， which is approximately 38 pW/K. Meanwhile， the thermal fluctuation noise of the detector after its supporting legs are fabricated is approximately 9.2×10

W/Hz0.5. Thus， the noise performance can be further improved.

关键词

Keywords

references

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