A Large Diameter Millimeter-Wave Low-Pass Filter Made of Alumina with Laser Ablated Anti-Reflection Coating
我们制作了一个302毫米直径的低通滤波器，由氧化铝制成，具有抗反射涂层（ARC）与激光烧蚀的亚波长结构（SWS）。该滤波器已被集成到与绿岸望远镜耦合的MUSTANG2仪器中并与之一起工作。滤波器在75和105 GHz之间的MUSTANG2工作频带中的平均透射率为98%。ARC引起的反射损失为1%。s偏振态和p偏振态之间的透射率差异小于1%。在1%的精度内，我们观察到这些结果没有变化时，在六个独立的过滤器空间位置测量传输。氧化铝过滤器取代了先前的MUSTANG 2 Teflon过滤器。滤波器散热到其标称40 K级时所获取的数据显示性能与预期一致：300 mK级上滤波器引起的光功率负载以及探测器上的带内光负载降低了约50%。用激光烧蚀氧化铝盘两侧的SWS所需时间不到4天。这是第一份使用手术工具部署带有SWS ARC的氧化铝过滤器的报告，也是第一次使用激光消融大面积制造SWS。
2022-01-22 astro-ph.IM
Broadband Millimeter-Wave Anti-Reflection Coatings on Silicon Using Pyramidal Sub-Wavelength Structures
我们采用了两种新的方法来生产亚波长结构（SWS）的抗反射膜（ARC）的硅上的毫米和亚毫米（MSM）波段：皮秒激光烧蚀和切割与斜面锯。我们用这两种技术制作了金字塔结构。仅在一侧加工的切割样品具有350 $μ$ m和972 $μ$ m的节距和高度。两个激光烧蚀的样品具有180 $μ$ m的节距和720 $μ$ m和580 $μ$ m的高度;这些样品中只有一个在两侧烧蚀。我们目前的形状和光学性能的测量，以及使用有限元分析和严格的耦合波分析预测的光学性能的比较。通过将单面切割样品的测量性能扩展到双面情况，我们证明了在以170 GHz为中心的97%带宽上，25%的频带平均反射率小于5%。使用双面激光烧蚀样品，我们证明反射率小于5%，超过83%的带宽集中在346 GHz。
2017-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Broadband, millimeter-wave antireflection coatings for large-format, cryogenic aluminum oxide optics
我们提出了两个处方的宽带（~77 - 252 GHz），毫米波减反射膜的低温，烧结多晶氧化铝光学：一个为大格式（700 mm直径）的平面和平凸元件，其他密集排列的准光学元件，在我们的情况下，5 mm直径的半球（称为“小透镜”）。涂层包括三层市售的基于聚乙烯的介电片材。小透镜涂层被模制以直接适合150 mm直径阵列，而大直径透镜使用平铺方法涂覆。我们回顾了这两个处方的制造工艺，然后讨论了它们的透射率和反射率的实验室测量。此外，我们提出了推断的折射率和损耗角正切的涂层材料和氧化铝基板。我们发现，在150 GHz和300 K下，大尺寸涂层样品达到（97 +/- 2）%的透射率，而小透镜涂层样品达到（94 +/- 3）%的透射率。
2020-03-02 astro-ph.IM physics.ins-det
Plastic Laminate Antireflective Coatings for Millimeter-wave Optics in BICEP Array
针对BICEP阵列望远镜低温光学器件的抗反射涂层需求，研究人员设计制备了适配BA1接收器的30/40 GHz塑料层压抗反射涂层，测试了其反射率，并推进下一代涂层优化，为CMB第四阶段实验提供技术参考。
2021-11-29 astro-ph.IM
Two-layer anti-reflection coating with mullite and polyimide foam for large-diameter cryogenic infrared filters
我们已经开发了一种新的两层抗反射（AR）涂层的大直径红外（IR）过滤器的氧化铝制成的方法，用于在低温下的毫米波测量。增透材料采用热喷涂莫来石和聚酰亚胺泡沫（Skybond Foam）. Skybond泡沫的一个优点是，通过改变填充因子，可以在1.1和1.7之间选择折射率。与莫来石的组合适合于具有足够红外截止能力的宽带毫米波测量。我们提出的材料特性，制作大直径的红外过滤器的氧化铝与AR涂层的方法，并在低温下的表征。该技术可应用于具有大直径焦平面的低温接收器系统，用于下一代宇宙微波背景（CMB）偏振测量，例如POLARBEAR-2（PB-2）。
2016-11-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Pushing the Limits of Broadband and High Frequency Metamaterial Silicon Antireflection Coatings
由高折射率材料实现的宽带折射光学为下一代宇宙微波背景（CMB）观测站和亚毫米天文学提供了引人注目的设计解决方案。在本文中，工作的扩展与超材料反射（AR）涂层的硅透镜向更大的带宽和更高的频率操作的艺术状态。给出的示例包括具有小于$0.5\%$反射的倍频程带宽涂层、原型4：1带宽涂层和针对1.4 THz优化的涂层。对于这些涂层的详细设计，制造和测试过程中描述，以及固有的性能权衡。
2018-04-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Stacked Wafer Gradient Index Silicon Optics with Integral Anti-reflection Layers
具有宽带抗反射（AR）涂层的硅光学器件是由多层织构硅表面制成的，用于毫米和亚毫米波长。单层和双层AR涂层被设计用于以250 GHz为中心的最佳传输，并使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术制造。测试的高电阻率的硅晶片与单层涂层之间的75 GHz和330 GHz的模拟和比较。
2018-06-18 astro-ph.IM
Production Method of Millimeter-Wave Absorber with 3D-Printed Mold
我们通过使用3D打印模具建立了良好的毫米波吸收体的生产方法。模具具有周期性的金字塔形状，并且吸收材料填充到模具中。这种形状减少了表面反射。3D打印模具由毫米波范围内的透明材料制成。因此，不需要脱模。这种生产方法的一个显著优点是易于使用各种形状和各种吸收材料进行原型制作。我们制作了一个测试模型，并使用双组分环氧树脂密封剂作为吸收材料。测试模型实现了低反射率：100 GHz时的$\sim 1\%$。对于使用超导探测器的情况，吸收体有时保持在低温条件下。因此，在用于热循环的机械强度、粘合强度和足够的导热性方面，需要低温性能。我们通过将模型浸入液氮浴中来确认测试模型的强度。
2020-01-02 astro-ph.IM physics.app-ph
Material survey for millimeter-wave absorber using 3-D printed mold
无线电吸收材料（RAM）是毫米波范围内接收器的关键元件。对于天文应用，低温接收器被广泛用于实现高灵敏度。这些低温接收器，特别是用于宇宙微波背景的接收器，要求RAM在宽频率范围（20- 300 GHz）内具有低表面反射率（$\lesssim 1\%$），以使到检测器的不期望的杂散光最小化。我们基于使用3D打印模具的生产技术开发了满足这一要求的RAM（命名为RAM-3 pm）。这种方法使我们能够形成周期性的表面结构，以实现低反射率。吸收材料的广泛选择是一个优点。我们调查RAM的最佳材料-下午3点。测量了17种材料在液氮温度和室温下的折射率（$n$）和消光系数（$κ$）。我们还测量了所选材料在室温下的反射率。环氧胶粘剂（STYCAST-2850 FT）和碳纤维（K223 HE）的混合物实现了最佳性能。我们估计在液氮温度下的光学性能的模拟的基础上测量的$n$和$κ$。除频率范围（$\sim$ 20 GHz）的下边缘外，使用该材料制成的RAM-3 pm满足要求。我们还估计了表面上的一个较大的金字塔结构的反射率。我们找到一种设计能满足我们的要求。
2021-05-29 astro-ph.IM
Silicon-based vacuum window for millimeter and submillimeter-wave astrophysics
Okayama University（冈山大学）；University of Minnesota, Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）；The University of Tokyo（东京大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Netherlands Institute for Space Research (SRON)（荷兰空间研究所）；Laser Zentrum Hannover（汉诺威激光中心）；Institute for Photon Science and Technology (IPST), The University of Tokyo（东京大学光子科学技术研究院）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo（东京大学宇宙物理数学研究所（WPI））；Center for Data Driven Discovery (CD3), Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU), The University of Tokyo（东京大学宇宙物理数学研究所数据驱动发现中心）；ILANCE, CNRS, University of Tokyo International Research Laboratory（日本理化学研究所-东京大学国际联合实验室）
本文设计并制造了一种适用于毫米波天文学的硅基真空窗，具有高透射率和低反射率，适用于天文观测仪器。
2026-01-27 astro-ph.IM
Broadband, millimeter-wave anti-reflective structures on sapphire ablated with femto-second laser
我们设计，制造和测量的抗反射涂层（ARC）的蓝宝石，具有116%的分数带宽和至少97%的毫米波波段的传输。ARC是基于图案化的类似于亚波长结构（SWS），使用烧蚀与15 W飞秒激光器在1030 nm下工作。两个圆盘的每一个的一侧用SWS制造，SWS具有0.54 mm的节距和2 mm的高度。平均消融体积去除率为1.6 mm $^{3}$ /min。两个圆盘夹层的测量显示在43和161 GHz之间的透射率高于97%。我们表征仪器极化（IP）所产生的差分传输由于不对称SWS。我们发现，与适当的对齐的两个光盘三明治RMS IP整个频带预计为0.07%，在正常的入射角，入射角小于0.6%，高达20度。这些结果表明，激光烧蚀蓝宝石和其他硬质材料（如氧化铝）上的慢波结构是制备宽带ARC的有效方法。
2020-12-16 astro-ph.IM
3D Printed Alumina as a Millimeter-Wave Optical Element
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU), The University of Tokyo（东京大学宇宙物质研究宇宙线前沿国际中心）；Laser Zentrum Hannover e.V.（汉诺威激光中心）；Institute for Photon Science and Technology (IPST), The University of Tokyo（东京大学光子科学技术研究所）
研究通过3D打印氧化铝制作毫米波光学元件，验证其折射率、损耗及抗反射性能，为天体物理应用提供新可能。
2026-01-30 astro-ph.IM
Aerogel scattering filters for cosmic microwave background observations
我们提出了宽带和可调谐红外阻挡滤波器的设计和性能的毫米和亚毫米天文学的小散射粒子嵌入在气凝胶基板。超低密度（通常< 150 mg/cm^3）气凝胶基底提供低至1.05的折射率，从而消除了对抗反射涂层的需要，并且允许从DC到高于1 THz的宽带操作。散射颗粒的尺寸分布可以被调谐以提供可变的截止频率。目前正在生产直径为40厘米的嵌入高电阻率硅粉末的气凝胶过滤器，以便能够为宇宙微波背景偏振计提供大孔径低温接收器，这种偏振计需要大型亚开尔文探测器阵列来寻找暴胀引力波背景的特征。
2020-05-13 astro-ph.IM
Laser ablated sub-wavelength structure anti-reflection coating on an alumina lens
本研究首次通过激光烧蚀在5 cm直径氧化铝透镜上制备出纵横比2.5的亚波长结构抗反射涂层，实测形貌达标，140-260 GHz频段透射率提升符合仿真预期，为大直径透镜应用奠定基础。
2025-06-17 astro-ph.IM physics.optics
Planar Silicon Metamaterial Lenslet Arrays for Millimeter-wavelength Imaging
毫米波和亚毫米波探测器的大型成像阵列的应用包括测量宇宙微波背景（CMB）中微弱的偏振信号和亚毫米天体物理。我们正在开发平面小透镜阵列毫米波长成像使用超材料微晶制造的硅晶片。与传统的半球形小透镜阵列相比，这种超材料技术具有许多潜在的优点，包括高精度和均匀性、平面集成抗反射层以及与硅检测器晶片匹配的热膨胀系数。在这里，我们描述了梯度折射率（GRIN）超材料微透镜的设计过程中，使用金属网图案化的硅和金属网和蚀刻孔超材料抗反射层的组合。我们优化的设计，使用散装材料模型，以快速模拟和验证的小透镜设计。我们制作了原型GRIN超材料微透镜阵列，并将其安装在Polarbear/Simons阵列90/150~GHz波段过渡边缘传感器（TES）的辐射热探测器阵列与正弦平面天线。原型微透镜阵列的光束测量与模型模拟相当吻合。我们计划进一步优化设计，并将其与宽带减反射涂层相结合，以实现70- 350 GHz带宽的工作。
2020-12-15 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Superconducting Vacuum-Gap Crossovers for High Performance Microwave Applications
介绍了用于高性能毫米波应用的低损耗宽带超导真空间隙跨接器的设计和制造。为了减少毫米波长下的欧姆和寄生损耗，真空间隙相对于电介质间隔物是优选的。在这里，真空间隙交叉实现了通过使用牺牲聚合物层，然后通过铌溅射沉积优化涂层覆盖在下面的铌信号层。共面波导和微带交叉拓扑结构进行了详细探讨。所得到的制造工艺与用于实现波导耦合检测器的体微机械加工工艺兼容，所述体微机械加工工艺包括牺牲蜡结合和用于创建腿隔离硅膜结构的晶片背面深反应离子蚀刻。在DRIE之后，真空间隙结构与蜡结合晶片的释放在用于完成检测器制造的相同工艺步骤中实施
2016-10-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Picosecond Laser Ablation of Millimeter-Wave Subwavelength Structures on Alumina and Sapphire
我们使用一个1030 nm的激光与7 ps的脉冲宽度和平均功率高达100 W的烧蚀氧化铝和蓝宝石上的形亚波长结构（SWS）。SWS在毫米波段提供了一种有效的和低温鲁棒的减反射涂层。我们证明了氧化铝和蓝宝石上的结构高度分别为900 $μ$ m和750 $μ$ m时，平均烧蚀速率高达34 mm $^3$ /min和20 mm $^3$ /min。这些比率分别比以前报告的类似结构高出34倍和9倍。我们提出了一个模型，涉及结构高度的累积激光能量密度。该模型依赖于吸收长度$δ$，它被假定为取决于峰值通量，并对阈值通量$ϕ_{th}$。使用最佳拟合程序，我们发现氧化铝和蓝宝石的平均$δ= 630$ nm和650 nm，以及$ϕ_{th} = 2.0^{+0.5}_{-0.5}$ J/cm $^2$和$2.3^{+0.1}_{-0.1}$ J/cm $^2$，峰值通量值在30和70 J/cm $^{2}$之间。在最佳拟合值的情况下，累积通量的模型和数据值在10%以内一致。给定$δ$和$ϕ_{th}$的输入，该模型用于预测作为SWS高度和平均激光功率的函数的平均消融速率。
2021-03-11 astro-ph.IM physics.app-ph physics.optics
Fabry-Pérot open resonant cavities for measuring the dielectric parameters of mm-wave optical materials
本研究针对毫米波宇宙学实验对低温下光学材料特性精确表征的需求，采用兼容4K低温恒温器的半球形Fabry-Pérot开放式谐振腔，可在室温和低温下测量低损耗材料的介电与散射损耗，还介绍了相关准光腔的应用及提高腔精细度的研究。
2024-11-01 astro-ph.IM physics.optics
