Optical and Near-IR Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs) in the 2020s
光学和近红外微波动力学电感探测器（MKID）是超导光子计数探测器，能够测量单个OIR光子的能量和到达时间，而不会产生读取噪声或暗电流。在本白皮书中，我们将讨论OIR MKID和基于MKID的仪器的现状。
2019-08-07 astro-ph.IM
Photon noise limited radiation detection with lens-antenna coupled Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）由于其技术的高度可扩展性而在亚毫米级仪器中显示出巨大的潜力。在这里，我们首次展示了在亚毫米波段（0.1. 2 mm）的光子噪声限制了小天线耦合MKID探测器阵列的性能，并描述了光子噪声与MKID本征产生-复合噪声之间的关系。此外，我们使用观察到的光子噪声来测量探测器的光学效率为0.8 ± 0.2。
2011-07-21 astro-ph.IM
Electronics and data acquisition demonstrator for a kinetic inductance camera
研制了一种用于毫米波天文学的动态电感探测器（KIDS）阵列实时监测的数字频率复用电子学样机。它只需要2个同轴电缆的仪器大阵列。为此，产生频率的激励梳并通过检测器馈送。直接频率合成和数据采集在很大程度上依赖于一个大的FPGA使用并行和流水线处理。该原型可以在125 MHz的带宽上测量128个谐振器（像素）。本文介绍了所选择的技术方案，所使用的算法和所获得的结果。
2011-06-01 astro-ph.IM
Optical Response of Lumped-Element Kinetic-Inductance Detector Arrays
我们提出了一个集总元件动态电感探测器阵列的光学响应的分析，基于NIKA2 1mm阵列。该阵列具有用于直接吸收入射光子的双偏振敏感希尔伯特电感器。我们提出的光学响应计算传输线模型，HFSS模拟和测量使用傅里叶变换光谱仪。我们已经估计了由像素的单个组件（例如电感器）吸收的能量。根据模拟，吸收效率之间的差异预计为20%。傅里叶变换光谱测量，在实际的NIKA2阵列上进行，验证了我们的模拟。我们讨论了几种可能的方法来提高吸收效率。该分析可用于优化焦平面布局，并可扩展到毫米，亚毫米和太赫兹频段的其他动态电感探测器阵列设计。
2018-09-25 astro-ph.IM
Niobium Silicon alloys for Kinetic Inductance Detectors
我们正在研究铌硅非晶合金作为高灵敏度动态电感探测器（KID）的制造，优化非常低的光负载的候选材料的属性。与其他复合材料一样，NbSi的性能可以通过改变其组分的相对量来改变。用T_c约为1 K的NbSi薄膜，我们已经能够获得第一个NbSi谐振器，观察到光学响应，并获得50 ~ 300 GHz的光谱。数据表明，这种材料具有很高的动态电感和正常状态的表面电阻率。这些特性是开发KID的理想选择。计划进行更多的测量，以进一步表征NbSi合金并充分研究其潜力。
2013-12-12 astro-ph.IM
Modelling the Performance of Single-Photon Counting Kinetic Inductance Detectors
使用传统的超导体理论，我们讨论和验证了一个模型，该模型描述了单光子吸收事件的铝LEKID的能量分辨性能。虽然铝不是单光子计数应用的最佳材料，但这种材料很好理解，并用于理解这些探测器的底层器件物理。我们还讨论了数据分析技术，用于提取单光子检测噪声数据。
2018-01-31 astro-ph.IM
Simulating Cosmic Microwave Background anisotropy measurements for Microwave Kinetic Inductance Devices
微波动力学电感器件（MKID）准备允许大规模和本地多路复用光子探测器阵列，并且是下一代CMB第4阶段实验的自然选择，该实验将需要105个探测器。在这一过程中，ING我们讨论什么噪声性能的当代MKID意味着CMB测量。我们认为MKID噪声谱和模拟望远镜扫描策略，该策略将探测器噪声投射到CMB天空。然后，我们分析了模拟的CMB + MKID噪声，以了解特别是低频噪声对CMB的各种特征的影响，从而建立了一个框架，将MKID特征与扫描策略联系起来，以确定我们可以使用此类检测器探测的CMB信号类型。
2017-11-03 astro-ph.IM
A multi-chroic kinetic inductance detectors array using hierarchical phased array antenna
我们提出了一种多色动态电感检测器（KID）像素设计集成了宽带分层相控阵天线。每个低频像素由四个高频像素组成。根据大气窗口设计了125 ~ 365 GHz四个通带。集总元件KID由100 nm厚的AlMn电感和Nb平行板电容器与氢化非晶硅电介质。设计了两种不同的耦合结构，将毫米波从微带线耦合到KID。KID的设计是针对位于高处干燥场地的10米级望远镜进行优化的，例如莱顿查南托望远镜。初步测量结果使用铝KIDS进行了讨论。
2022-10-04 astro-ph.IM
Breaking the 10 mW/pixel Limit for Kinetic Inductance Detector Readout Electronics
本研究研发出基于CCAT-prime RFSoC的KID读出系统，突破每像素10 mW功耗极限，可支持4个各含最多1000个KID的网络，4通道满负载功耗低于40 W，并首次实现280 GHz原型阵列的扫频与谐振识别。
2023-05-01 astro-ph.IM
Status of MUSIC, the MUltiwavelength Sub/millimeter Inductance Camera
本文介绍了美国加州理工学院亚毫米波天文台的一种新仪器--多波长亚毫米波电感相机的现状。MUSIC的设计有一个14 '，衍射限制的视场，装有2304个探测器，576个空间像素和四个光谱带，0.87，1.04，1.33和1.98毫米。MUSIC将用于研究尘埃恒星形成星系，星系团通过Sunyaev-Zeldovich效应，以及我们自己和附近星系的恒星形成。MUSIC使用宽带超导相控阵缝偶极天线形成波束，集总元件片上带通滤波器定义光谱波段，微波动态电感探测器感知入射光。焦平面制作在8个瓦片中，每个瓦片由72个空间像素组成。它通过一个环境温度椭球镜和一个冷再成像透镜与望远镜耦合。冷Lyot光阑位于由椭圆镜形成的主镜的图像处。介质和金属网过滤器用于阻挡热红外和带外辐射。该仪器使用脉冲管制冷机和3 He/3 He/4 He闭式循环制冷机将焦平面冷却到250 mK以下。多层屏蔽层可以减弱地球的磁场。每个焦平面瓦片由一对同轴和一个HEMT放大器读出。读出系统由16个定制设计的ADC/DAC和IF板组成，耦合到CASPER ROACH平台。我们重点关注仪器设计的最新更新以及2012年全相机调试的结果。
2012-11-03 astro-ph.IM
High speed readout electronics development for frequency-multiplexed kinetic inductance detector design optimization
微波动态电感探测器（MKID）是星载毫米波天文学的一种很有前途的解决方案。为了优化它们的设计，使它们对衬底中宇宙射线相互作用产生的弹道声子不敏感，必须研究声子在硅中的传播。开发了一种专用的快速读出电子设备，使用信道化数字下变频，在100MHz带宽上监测多达12个MKID。得益于快速ADC采样和陡峭数字滤波，可在约2 Msps的速度下提供具有高动态范围的同相和正交采样。本文介绍了所选择的技术方案和取得的成果。
2013-11-12 astro-ph.IM
On-Chip Resonator for Nonlinear Kinetic Inductance Characterisation and Future Spectrometry Applications
Cardiff University（卡迪夫大学）
本文开发了可调超导片上谐振器，利用超导铝的电流依赖非线性动能电感，研究氧含量影响，通过蒸发铝薄膜进行实验，旨在优化毫米波片上光谱仪的设计，提升性能。
2026-05-06 astro-ph.IM
Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for space applications
动力学电感探测器（KID）现在通常用于地面望远镜。以高达千像素的格式部署的大型阵列在毫米（例如IRAM 30米上的120-300 GHz，NIKA和NIKA 2）和亚毫米（例如APEX上的350-850 GHz AMKID）波长下表现出最先进的性能。考虑到未来在大气层以上的应用，我们详细研究了电离粒子与LEKID（集总元件KID）阵列的相互作用。我们已经建立了一个专用的低温设置，允许再现典型的观测条件的星载天文台。我们将报告一些测量的细节和结论。我们给我们的短期项目，包括在飞行LEKID平流层气球命名为B-SIDE的简要说明。
2016-06-02 astro-ph.IM
Kinetic inductance detectors for millimeter and submillimeter astronomy / Détecteurs à inductance cinétique pour l'astronomie millimétrique et sub-millimétrique
我们提出了最近的发展动态电感探测器（KID）的大型阵列的探测器。主要应用是地基毫米波天文学。作为案例研究，我们特别关注我们自己的实验：NIKA（Néel IRAM KID阵列）。NIKA是目前使用KID仪器的最佳现场实验，包括为Pico Veleta的IRAM 30米望远镜设计的双波段成像系统。我们在这篇文章中描述，一般情况介绍后，KID的工作原理和读出电子，至关重要的是利用固有的KID多路复用。我们得出结论，在2010年10月举行的最后一次运行期间，NIKA在2 mm和1.4 mm处同时观察到的天文源的一个小子集。介绍了近年来有关电影电感探测大矩阵（KID）的研究成果，主要应用于太阳毫米波天文学。Nous détailons en particulier notre propre caméra：NIKA（Néel IRAM KID Arrays）qui est aujourd'hui l'instrument le plus abbatemettant en oeuvre des KID. NIKA是Pico Veleta的30米IRAM的双波段摄像机。通过对这些文字中的工具性背景的分析，我们解释了KIDS和演讲电子学的功能原理，这对于多路复用的潜在潜力至关重要。最后，我们提出了NIKA在2010年12月进行的2 mm和1.4 mm波段的观测结果。
2012-01-27 astro-ph.IM physics.ins-det
Design of microstrip-line coupled kinetic inductance detectors for near infrared astronomy
动力学电感探测器（KID）具有低噪声、快速响应和光子计数的特点，在天文观测中具有巨大的潜力，如寻找系外行星。本文介绍了一种用于近红外天文观测的微带线耦合KIDS阵列的设计过程和仿真结果。与共面波导馈线相比，微带馈线不需要空气桥，简化了制作工艺。在设计部分，我们主要讨论了阻抗变换网络、KID结构以及频率串扰的仿真。测试阵列由8行13列共104个谐振器组成，频率范围为4.899 ~ 6.194 GHz。仿真结果表明，该天线的间距约为200 $μ$ m，频率串扰小于50 kHz.
2022-09-20 astro-ph.IM
Design and performance of dual-polarization lumped-element kinetic inductance detectors for millimeter-wave polarimetry
集总元件动态电感探测器（LEKID）是一种有吸引力的毫米波观测技术，需要大量极低噪声探测器阵列。我们设计，制造和表征64元（128 LEKID）阵列的喇叭耦合，双极化LEKID优化地面CMB偏振。我们的设备是敏感的两个正交极化在一个单一的频谱带中心为150 GHz的$Δν/ν=0.2$。$65\times 65$ mm正方形阵列被设计成平铺到光学系统的焦平面中。我们通过实验室测量证明了这些双极化LEKID的可行性。LEKID模块在亚开尔文低温恒温器中使用基于FPGA的读出系统进行测试，该低温恒温器使用两级绝热退磁制冷机。该设备的特点是使用黑体和毫米波源。偏振特性的测量与低温阶梯半波片。我们测量了谐振腔参数和探测器灵敏度、噪声谱、动态范围和偏振响应。谐振器具有接近$1\times 10^{6}$的内部品质因数。该探测器在正交偏振方向上具有均匀的响应，并具有很大的动态范围。探测器的光子噪声限制在1 pW以上的吸收功率。在3.4 K黑体负载下的噪声等效温度为$<100~μ\mathrm{K\sqrt{s}}$。探测器对正交偏振的灵敏度大于80%。整个阵列在单个读出线上多路复用，证明了128的多路复用因子。阵列和读出满足对于512的复用因子同时读出4个阵列的要求。这项实验室研究展示了第一个双极化LEKID阵列的CMB偏振测量优化，并显示了对天空观测的探测器的准备。
2017-11-19 astro-ph.IM
Thermal Kinetic Inductance Detectors for millimeter-wave detection
热动力学电感探测器（TKID）将传统测辐射热计的出色噪声性能与射频多路复用架构相结合，可实现下一代毫米波仪器所需的大量探测器。在本文中，我们首先讨论TKID中的预期噪声源，并推导出声子噪声贡献优于其他检测器噪声项（产生-复合、放大器和两级系统（TLS）噪声）的限制。其次，我们在黑暗环境中表征铝TKID。我们目前的测量TKID谐振器的品质因数约为$10^5$在80 mK。我们还讨论了测辐射热计的热导，热容量和时间常数。这些都是通过使用一个电阻器上的热岛激发测辐射热计测量。这些深色铝TKID证明噪声等效功率NEP = $2 \times 10^{-17} \mathrm{W}/\mathrm{\sqrt{Hz}} $，其中$1/f$膝关节在0.1 Hz，这为在150 GHz观测的地面望远镜提供了背景噪声限制性能。
2020-07-29 astro-ph.IM physics.ins-det
Millimeter-Wavelength Lens-Absorber-Coupled Ti/Al Kinetic Inductance Detectors
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)（天体生物学中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Universidad de Alcalá（阿尔卡拉大学）
本文提出了一种基于透镜耦合螺旋吸收体的Ti/Al双层MKIDs，用于毫米波长辐射探测，展示了高效率和大格式相机的潜力。
2026-02-18 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Operational Optimization to Maximize Dynamic Range in EXCLAIM Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是高度可扩展的探测器，在高空气球望远镜和太空实验室环境中的远红外线中表现出几乎背景有限的灵敏度。此外，探测器具有丰富的设计空间，具有许多可优化的参数，允许在宽动态范围内进行高灵敏度测量。由于这些原因，MKID被选为低温大孔径强度测绘实验（EXCLAIM），这是一种球载望远镜，目标是在420-540 GHz的高空大气环境中实现几乎受背景限制的性能。我们描述了MKID优化的EXCLAIM的特定背景下，并提供适用于更广泛的应用程序的一般结果。扩展音调频率跟踪的既定方法，我们表明，读出功率优化，使显着的，进一步改善动态范围。
2022-04-28 astro-ph.IM
NEW-MUSIC: The Next-generation Extended-Wavelength Multiband Sub/millimeter Inductance Camera
NEW-MUSIC是搭载于LCT的六波段跨毫米波偏振计，采用新型超导探测器与相控阵架构，复用MUSIC仪器组件，分阶段部署以开拓跨毫米波时域研究新前沿。
2024-09-11 astro-ph.IM
Readout for Kinetic-Inductance-Detector-Based Submillimeter Radio Astronomy
在亚毫米和远红外波段的天文数据中包含了大量重要的科学信息，包括关于尘埃星系、星系团和恒星形成区的信息;然而，这些波段是天文学中探索最少的领域，因为这类研究涉及技术困难。在过去20年中，为研制亚毫米和毫米波长天文仪器和望远镜作出了相当大的努力。探测器的数量是这类仪器的一个重要特性，也是目前研究的主题。未来的望远镜将需要多达数十万个探测器来满足视场、扫描速度和分辨率方面的必要要求。大像素数是开发使用动态电感检测器（KID）技术的可复用检测器的一个益处。本文介绍了基于KID的仪器的读出电子学的各个方面的发展，该仪器实现了迄今为止在亚毫米/毫米波长成像阵列中实现的最大探测器计数之一：总共2304个探测器。本文中提出的工作已经在多波长亚毫米波电感相机（MUSIC）中实现，这是2013年至2015年期间加州理工学院亚毫米波天文台（CSO）的仪器。
2020-08-27 astro-ph.IM
A Superconducting Phase Shifter and Traveling Wave Kinetic Inductance Parametric Amplifier for W-Band Astronomy
W波段（$75-110\; \mathrm{GHz}$）的天空包含了大量关于恒星形成、星系演化和宇宙微波背景的信息。我们已经设计和制造了一个两用的超导电路，以促进下一代天文观测在这一制度提供了概念验证的毫米波低损耗移相器，它可以作为一个芯片上的傅里叶变换光谱仪（FTS）和行波动力学电感参量放大器（TKIP）。超导传输线具有取决于线中的电感的传播速度，线中的电感是超导体中的几何电感和动力学电感的组合。动态电感具有非线性分量，其具有特征电流$I_*$，并且可以通过施加DC电流、改变传播速度和有效路径长度来调制。我们的测试电路被设计为测量路径长度差或相移，$Δϕ$，当一条线被偏置与直流电流时，两条对称传输线之间。为了提供一个测量$Δϕ$，优化高增益W波段TKIP的关键参数，并调制信号路径长度在FTS操作，我们的$3.6 \times 2.5\; \mathrm{cm}$芯片采用了一对$503\; \mathrm{mm}$长NbTiN倒置微带线耦合到圆形波导端口通过径向探针。对于宽度为$3\; \mathrm{μm}$和膜厚为$20\; \mathrm{nm}$的线，当偏置接近$I_*$时，我们预测$Δϕ\approx1767\; \mathrm{rad}$为$90\; \mathrm{GHz}$。我们已经制作了一个原型与$200\; \mathrm{nm}$厚Nb膜和相同的线的长度和宽度…
2017-10-31 astro-ph.IM
Photon noise from chaotic and coherent millimeter-wave sources measured with horn-coupled, aluminum lumped-element kinetic inductance detectors
我们报告光子噪声限制性能的喇叭耦合，铝集总元件动态电感探测器在毫米波长。探测器由毫米波源照射，该毫米波源使用有源倍增器链产生140至160 GHz的辐射。我们给乘法器提供放大的宽带噪声或来自微波信号发生器的连续波音调。我们证明，在40 dB范围内的源功率的检测器响应是很好地描述了一个简单的模型，认为准粒子的数量。当吸收功率大于约1 pW时，探测器噪声等效功率（NEP）由光子噪声主导，其对应于$\mathrm{NEP} \approx 2 \times 10^{-17} \, \mathrm{W} \, \mathrm{Hz}^{-1/2}$，参考吸收功率。在较高的源功率水平，我们观察到的噪声和功率之间的关系，预期从光子统计的源信号：$\mathrm{NEP} \propto P$宽带（混沌）照明和$\mathrm{NEP} \propto P^{1/2}$连续波（相干）照明。
2017-05-24 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Complex beam mapping and Fourier optics analysis of a wide field Microwave Kinetic Inductance Detector camera
对于天文仪器，光学指向和耦合的准确知识对于在集成和部署之前表征（子）系统的对准和性能至关重要。理想情况下，这需要光学系统的相位响应，这对于直接（相位不敏感）检测器是以前无法获得的。在这里，我们显示了相位敏感的复杂的光束图案技术的发展，使用双光源外差技术的大视场微波动态电感探测器相机在350 GHz。我们在这里展示了如何使用傅立叶光学分析测量数据，它允许集成到望远镜模型中，以在望远镜部署之前计算天空光束模式和望远镜孔径效率。
2020-02-10 astro-ph.IM
A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是超导探测器，能够计数单个光子并测量其在UV、光学和近IR中的能量。MKID具有微波频率下的固有频域复用（FDM），允许构建和读出大型阵列。由于微波FDM，MKID不需要用于类似探测器的复杂低温多路复用电子器件，例如过渡边缘传感器（TES），而是将这种复杂性转移到室温电子器件，在室温电子器件中，它们提出了强大的信号处理挑战。在本文中，我们描述了第一次成功的努力，建立一个读出的光子计数光学/近红外天文仪器，阵列相机的光学近红外分光光度计（ARCONS）。该读数基于天文信号处理和电子研究合作组织（CASPER）开发的开源硬件。主要为射电望远镜后端设计，它足够灵活，可用于各种信号处理应用。
2012-03-27 astro-ph.IM
Investigation of reflection-based measurements of microwave kinetic inductance detectors in the optical bands
该研究通过两种配置测量MKID阵列的反射单光子响应，证明反射读出可降低噪声，并在405 nm脉冲光下将中位能量分辨能力提升约20%–30%，适用于大型阵列。
2024-06-11 astro-ph.IM
Improving the energy resolution of photon counting Microwave Kinetic Inductance Detectors using principal component analysis
我们开发了一种光子能量测量方案，用于单光子计数微波动力学电感探测器（MKID），其使用主成分分析（PCA）来测量来自探测器产生的信号（“光子脉冲”）的入射光子的能量。PCA可以用于使用任意大量的特征来表征光子脉冲，因此基于PCA的能量测量不依赖于在标准滤波技术中做出的能量无关脉冲形状的假设。用于能量测量的基于PCA的方法在检测器在其饱和能量附近操作并且脉冲形状随光子能量强烈变化的应用中特别有用。先前已经表明，使用两个主成分的PCA可以用作能量测量方案。我们扩展了这些想法，并开发了一种方法来测量光子的能量，通过使用任何数量的主成分和任何数量的校准能量来表征它们的脉冲形状。应用这种技术与50个主成分，我们显示出改进的热动力学电感探测器（TKID）的能量分辨率从75 eV到43 eV，在5.9千电子伏。我们还将这种技术与50个主成分应用于从光学到近红外MKID的数据，并实现与现有分析技术的最佳结果一致的能量分辨率。
2021-11-02 astro-ph.IM
Development of Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for NIKA
集总元件动态电感探测器（LEKID）最近显示出相当大的前景，直接吸收毫米波探测器的天文应用。Néel Iram Kids Array（NIKA）合作的一个主要研究重点是调查这些探测器是否适合部署在位于西班牙Pico Veleta的30米IRAM望远镜上。与使用四分之一波长谐振器的微波动态电感检测器（MKID）相比，LEKID的谐振电路由耦合到馈线的离散电感和电容组成。这些谐振器的电感部分中的高且恒定的电流密度分布使它们非常敏感。由于硅衬底上只有一层金属层，因此制造相对容易。为了优化这种应用的LEKID，我们最近通过仿真和物理测试探索了各种各样的单个谐振器和阵列参数。这包括确定最佳馈线耦合、像素几何形状、阵列内的谐振器分布（以最小化像素串扰）以及谐振器频率间隔。基于这些结果，制作了一个144像素的铝阵列，并在具有光学通路的稀释冰箱中进行了测试，得到平均光学NEP约为2 E-16 W/Hz ^[1/2]（最佳像素在每个像素4-8 pW负载下显示NEP = 6 E-17 W/Hz ^[1/2]）。2010年10月，LEKID的第二个原型在IRAM 30米望远镜上进行了测试。将呈现用于2个偏振的新LEKID几何形状。还将讨论氮化钛阵列的第一光学测量。
2012-12-19 astro-ph.IM
Design and performance of the antenna coupled lumped-element kinetic inductance detector
由低噪声、偏振敏感探测器组成的焦平面阵列使宇宙微波背景（CMB）研究的开创性进展成为可能。为了取得进一步的进展，下一代CMB实验（如CMB-S4）将需要比目前的第3阶段仪器大量增加探测器数量。动态电感检测器（KID）阵列由于其固有的多路复用优点和相对低温简单性而提供了实现这种大格式阵列的可能路径。在这篇论文中，我们报告了传统KID设计的一种新变体的设计;天线耦合集总元件KID。放置在优化半球形透镜后面的极化敏感双槽天线将功率耦合到薄膜超导微带线上。然后，功率被引导到铝KID的感应部分，在那里它被吸收并修改KID的谐振频率和品质因数。我们提出的各个方面的设计和初步结果，从第一组的七个元素的原型阵列，并比较预期的建模性能。
2018-01-19 astro-ph.IM
Optical Demonstration of THz, Dual-Polarization Sensitive Microwave Kinetic Inductance Detectors
下一代BLAST实验（BLAST-TNG）是一个亚轨道气球有效载荷，旨在绘制250 $μ$ m、350 $μ$ m和500 $μ$ m波段的偏振尘埃排放图。该仪器采用阶梯式半波片，以减少系统性。对探测器的一般要求是光子噪声受限和双极化敏感。为了实现这一目标，我们正在开发三个单片阵列的低温传感器，每个波段一个。每个阵列是馈电喇叭耦合和每个空间像素组成的两个正交间隔的偏振敏感的微波动力学电感探测器（MKID）从Ti/TiN多层膜制造。在以前的工作中，我们证明了光子噪声限制的灵敏度在250 $μ$ m波段的单极化设备。在这项工作中，我们提出了第一个结果的双极化敏感MKID在250 $μ$ m。
2016-03-09 astro-ph.IM
Performance of Hybrid NbTiN-Al Microwave Kinetic Inductance Detectors as Direct Detectors for Sub-millimeter Astronomy
在接下来的几十年里，毫米和亚毫米天文学需要大幅面成像阵列和宽带光谱仪，以补充阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列的高空间和光谱分辨率。这些仪器所需的传感器应具有背景有限的灵敏度和高的光学效率，并使阵列的像素大小为数千。由NbTiN和Al组成的混合微波动力学电感探测器已被证明满足这些要求。我们提出了第二代混合NbTiN-Al MKID，这是光子噪声限制的相位和幅度读出负载水平$P_{850GHz} \geq 10$ fW。由于响应度的提高，同相实现的光子噪声水平使我们能够使用最先进的电子设备同时读出大约8000个像素。此外，超导材料的选择和与平面天线组合的Si透镜的使用给予这些谐振器在$0.09 < ν< 1.1$ THz频率范围内操作的灵活性。鉴于这些规格，混合NbTiN-Al MKID将使天文学上可用的千像素阵列亚毫米成像和中等分辨率光谱。
2014-08-14 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
In Situ Interferometric Spatial Mapping Of A Microwave Kinetic Inductance Detector Array
California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Goddard Space Flight Center（戈达德太空飞行中心）；University of Washington St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本文提出了一种在暗室环境下对微波动能电感探测器阵列进行空间映射的方法。利用低温干涉仪反射模式，通过探测器共振信号的相位变化来确定其物理位置，适用于像素间距减小的天文观测需求。
2026-04-14 astro-ph.IM
Large-Format, Transmission-Line-Coupled Kinetic Inductance Detector Arrays for HEP at Millimeter Wavelengths
动态电感检测器（KID）是一种多功能和可扩展的检测器技术，具有广泛的应用。这些超导探测器提供了显着的优势：简单和强大的制造，固有的多路复用，将允许成千上万的检测器读出一个微波线，简单和低成本的室温电子。这些优势使得KID通过毫米波宇宙学研究对HEP科学特别有吸引力。这些潜在的宇宙学观测的例子包括通过测量动力学Sunyaev-Zeldovich效应来研究宇宙加速（暗能量），通过超深测量小尺度CMB各向异性来研究精确的宇宙学，以及通过毫米波光谱学来绘制最大尺度和最高红移的宇宙学结构分布。这类项目的主要技术挑战是成功部署大规模高密度焦平面-这一需要可以通过KID技术来解决。在本文中，我们提出了用于毫米波观测的微带耦合KID的概述，并概述了推进这类技术并实现这些即将到来的大规模实验所需的研究和开发。
2022-03-25 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Suppressed-gap millimetre wave kinetic inductance detectors using DC-bias current
Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）
本文研究了使用直流偏置铝共振腔作为低频动能电感探测器在50-120GHz频率范围内的适用性，通过Usadel方程分析发现直流偏置共振腔具有显著抑制的超导态密度间隙，使其适合低频动能电感探测器。
2020-03-28 astro-ph.IM physics.app-ph
High-energy interactions in Kinetic Inductance Detectors arrays
宇宙射线对探测器的影响是天基探测任务的一个关键问题。我们正在研究这种相互作用对动态电感探测器阵列的影响，以便使这一技术适用于卫星。在提出一项新技术，如用于天基飞行任务的动力感应探测器之前，必须详细研究飞行中撞击探测器的宇宙射线问题。在这里，我们提出了几个测试与KID暴露于放射源，我们用它来再现的物理相互作用引起的初级宇宙射线，我们报告的结果，采用不同的解决方案的基板材料和阵列的几何形状。最后，我们概述了主要的指导方针，以遵循制造KID的天基应用。
2015-05-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Design and Testing of Kinetic Inductance Detectors Made of Titanium Nitride
为了将高电阻材料用于动态电感检测器（KID），必须进行新的设计，部分原因是KID芯片和整个50欧姆读出电路之间需要阻抗匹配。从两个新的混合设计的芯片，与铝直通耦合到氮化钛微谐振器，已被测量和比较的TiN只有芯片。在混合芯片中，不存在寄生温度依赖的盒谐振。暗KID属性已被测量在一个大的谐振器。一个令人惊讶的长寿命，高达5.6毫秒，观察到在一些KID。对于其他更具重现性的器械，平均电噪声等效功率为5.4 10-19 W.Hz1/2。
2013-09-17 astro-ph.IM physics.ins-det
High Quality Factor Platinum Silicide Microwave Kinetic Inductance Detectors
本文报道了以硅化铂为敏感材料的微波动力学电感探测器的研制。MKID是一种新兴的超导探测器技术，能够测量单个光子的到达时间，其精度优于2微秒，其能量约为10%。以前，MKID已经使用亚化学计量的氮化钛或铝制造，但是TiN在超导临界温度中遭受空间不均匀性，并且Al具有低的动力学电感分数，导致低的检测器灵敏度。为了解决这些问题，我们反而制造了超导临界温度为944 $\pm$ 12 mK和高内部品质因数（$Q_i \gtrsim 10^6$）的PtSi微谐振器。这些器件显示出典型的准粒子寿命的$τ_{qp} \approx 30$ - $40~μ$和光谱分辨率，$R = λ/ Δλ$，在406.6 nm处为8。我们比较PtSi MKID与TiN和详细的PtSi MKID所提供的实质性优势。
2016-10-03 astro-ph.IM physics.ins-det
FFTS readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感检测器（MKID）对于用于例如亚毫米成像的大型非常灵敏的检测器阵列具有巨大的潜力。由于固有地在频域中读出，它们特别适合于频域多路复用，允许用一对同轴电缆读出$\sim$ 1000个器件。然而，这将探测器的复杂性从低温转移到温暖的电子设备。我们在这里提出的概念和实验演示使用快速傅里叶变换光谱仪（FFTS）读出，显示没有恶化的噪声性能相比，低噪声模拟混合，同时允许高复用比。
2009-03-13 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Wide-band Parametric Amplifier Readout and Resolution of Optical Microwave Kinetic Inductance Detectors
单光子计数微波动力学电感探测器（MKID）读出系统中的主低温放大器的噪声会降低探测器的能量分辨率。直到最近，由于动态范围、功率和带宽的限制，量子限幅放大器一直与这些探测器不兼容。然而，我们表明，基于动态电感的行波参量放大器可用于此应用，并达到量子极限。该读出方案的总系统噪声等于~2.1量子单位。对于800至1300 nm范围内的入射光子，放大器将检测器的平均分辨率从约6.7提高到9.3，此时分辨率受到信号脉冲高度上的噪声的限制。噪声测量表明，如果重新设计的探测器可以消除这种额外的噪声源，则分辨率高达25。
2019-07-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Limitations to the energy resolution of single-photon sensitive Microwave Kinetic Inductance Detectors
本文研究了单光子敏感的MKIDs能量分辨率的限制因素，结合Fano效应、放大器噪声、电流不均匀性和读出采样频率建模，提出预测分辨能力上限波长依赖性的方法。
2024-02-15 astro-ph.IM physics.ins-det
Understanding and minimizing resonance frequency deviations on a 4-inch kilo-pixel kinetic inductance detector array
动态电感检测器的优点之一是其固有的频域复用能力。然而，制造缺陷通常会引起谐振频率偏差，这会产生频率碰撞并限制阵列成品率。在这里，我们研究了一个4英寸的千像素集总元件动态电感探测器（LEKID）阵列的谐振频率偏差使用光学映射。使用测量的谐振器尺寸和膜厚度，分数偏差可以在$\pm 25\times 10^{-3}$内解释，而剩余偏差是由于电膜性质的变化。使用电容微调技术，分数偏差减少了14倍。发现修整过程的产率为97%。在110~K背景下测得的映射产率从69%提高到76%，在更新我们的读出系统后可以进一步提高到81%。随着成品率的提高，电容微调技术可能有利于未来的大格式LEKID阵列。
2021-08-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Membrane-less phonon trapping and resolution enhancement in optical microwave kinetic inductance detectors
微波动态电感探测器（MKID）对紫外到近红外波长的光敏感，是超导微谐振器，能够以微秒精度测量光子到达时间并估计每个光子的能量。非膜MKID的分辨能力在1 $μ$ m处顽固地保持在10左右，尽管系统噪声有显著改善。在这里，我们表明，分辨率可以大致增加一倍，一个简单的双层设计，而不需要将设备上的膜，避免了制造复杂性的显着增加。基于声子传播的建模，我们发现，大部分的改进来自于由于缺乏可用的声子态，高能声子无法进入附加层。
2022-04-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Design of Near Infrared and Visible Kinetic Inductance Detectors Using MIM Capacitors
我们正在开发超导微波动态电感探测器，用于天文学的近红外和光学波长。为了有效地满足天文应用的要求，我们提出用金属、绝缘体、金属电容器来代替叉指电容器，其优点是在小得多的空间内呈现更大的电容值。像素将占据典型地100微米乘85微米的空间，这比使用在低于2GHz的相同频率下操作的叉指电容器的典型像素尺寸小九倍。
2019-01-29 astro-ph.IM physics.app-ph physics.ins-det
A passive THz video camera based on lumped element kinetic inductance detectors
我们已经开发了一个无源350 GHz（850 μm）的视频摄像机演示集总元件动态电感探测器（LEKID）-最初设计的远红外天文学-作为一个选项，为通用的地面太赫兹成像应用。摄像机目前以2 Hz的准视频帧速率工作，每帧噪声等效温差为$\sim$ 0.1 K，接近背景极限。152个元件的超导LEKID阵列是由一个简单的40纳米铝膜上的硅介质基板，并通过一个单一的微波馈线与低温低噪声放大器和室温频域多路复用电子读出。
2015-11-18 astro-ph.IM physics.ins-det
Improving the dynamic range of single photon counting kinetic inductance detectors
提出了一种简单的坐标变换方法，用于补偿微波动态电感探测器零差读出方案中引入的非线性。这个坐标系相比，正则使用的极坐标，并示出，以提高性能的过滤方法，通常用于估计光子的能量。对于一个检测器的坐标非线性主要是负责限制其分辨率，这种技术导致增加的动态范围，我们通过应用转换的数据从铪MKID设计为敏感的光子波长在800至1300 nm的范围内显示。新的坐标允许探测器分辨波长低至400 nm的光子，将该波长的分辨能力从6.8提高到17。
2020-12-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Photon-noise limited sensitivity in titanium nitride kinetic inductance detectors
本文研究了由TiN/Ti/TiN三层超导薄膜制成的馈电喇叭耦合微波动力学电感探测器（MKID）在亚毫米波段的光子噪声限制性能。绝缘体上硅晶片背面的微加工产生了四分之一波长的背短路，该背短路针对250 \micron的有效耦合进行了优化。当入射光功率为$>$ ~0.5~pW时，利用频率读出和观察变温黑体源，我们测量了与光子噪声一致的器件噪声，对应于噪声等效功率$>$ ~3 $\times 10^{-17}$ W/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$。这种灵敏度使这些器件适合在这些波长下的宽带光度应用。
2015-03-23 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
High optical efficiency and photon noise limited sensitivity of microwave kinetic inductance detectors using phase readout
我们证明光子噪声限制性能的相位和幅度读出微波动力学电感探测器（MKIDS）组成的NbTiN和铝，下至100 fW的光功率。我们模拟了用于将辐射耦合到MKID中的透镜天线系统的远场波束图案，并得出75%的孔径效率。这接近单模探测器的理论最大值80%。通过对测量装置中的光耦合进行详细分析，验证了光束模式。
2013-11-11 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Design and Performance of Hafnium Optical and Near-IR Kinetic Inductance Detectors
我们报告的设计和性能的微波动力学电感探测器（MKIDS）敏感的单光子在光学近红外范围内使用铪作为传感器材料。我们的测试装置具有395 mK的超导转变温度和97 $μΩ$ cm的室温正常状态电阻率，RRR = 1.6。该设备上的谐振器显示内部品质因数约为20万。类似的MKID从其他高阻超导体的分析，我们发现，建模的检测器的温度响应需要一个额外的加宽参数的超导态密度。最后，我们表明，这种材料和设计是兼容的全阵列制造工艺，导致像素的衰减时间约为40 $μ$ s和分辨率为9在800 nm。
2019-11-15 astro-ph.IM physics.ins-det
A horn-coupled millimeter-wave on-chip spectrometer based on Lumped Element Kinetic Inductance Detectors
上下文毫米波天文学是普通天体物理学和宇宙学研究的重要工具。在大型望远镜上运行的大视场连续体仪器正在探测到大量的不明来源。目的。需要新的智能焦平面来弥补在单碟望远镜上操作的大带宽连续仪器与高光谱和角分辨率干涉仪（例如智利的ALMA、法国的NOEMA）之间的差距。目的是进行中低光谱分辨率观测，并选择较少数量的可能感兴趣的源，即高红移星系，以供进一步跟踪。方法.我们已经设计，制造和测试了一个创新的片上光谱仪在85 - 110~GHz范围内敏感。它包含16个信道，每个信道选择约0.2 GHz的频带。一个圆锥形喇叭天线耦合到一个缝在接地平面收集辐射，并引导它到一个毫米波微带传输线放置在单晶基板的另一侧。毫米波线路耦合到滤波器组。每个滤波器电容耦合到集总元件动态电感检测器（LEKID）。微带配置允许受益于高质量（即低损耗）单晶衬底，并且同时防止直接（即未过滤）LEKID照射。结果原型光谱仪显示出光谱分辨率R = lambda/Delta_lambda = 300。对于每通道约0.2pW的输入功率，光噪声等效功率在1E-16W/sqrt（Hz）的低范围内。该器件对偏振敏感，最佳通道的交叉偏振低于1%。
2022-09-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Cross-Polarization Reduction in Kinetic Inductance Detectors Based on Quasi-Lumped Resonators
针对极化敏感天文观测中动态电感探测器的交叉极化干扰问题，研究分析叉指电容寄生电流的影响，通过对比实验验证准集总谐振器设计可提升极化鉴别能力，为高保真极化测量提供了器件优化方向。
2025-10-02 astro-ph.IM physics.ins-det
Subgap kinetic inductance detector sensitive to 85-GHz radiation
我们研制了一种由粒状铝（$T_c\sim$ 2~K）制成的亚能隙动力学电感探测器（SKID）阵列，灵敏度在80-90 GHz，工作温度为300~mK。对于每像素50 fW的照明功率，我们测量的噪声等效功率平均为$1.3\times10^{-16}$ ~ W/Hz $^{0.5}$，最多为$2.6\times10^{-17}$ ~W/Hz $^{0.5}$。尽管SKID的电路设计与动态电感检测器（KID）的电路设计相同，但SKID的工作原理是基于其对子间隙激励的灵敏度。这种检测方案是有利的，因为它避免了必须与最低可检测频率成比例地降低操作温度。这里提出的SKID本质上选择80-90 GHz的频带，远低于薄膜的超导光谱间隙，大约180 GHz。
2021-04-06 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Magnetic field tunable spectral response of kinetic inductance detectors
本研究通过施加外部磁场调谐铝动态电感探测器的光学响应起始频率，发现超导能隙随磁场减小导致光谱响应变化，但内部品质因子因涡旋存在而滞后，并探讨了实现光谱测量的方案。
2025-01-28 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Large Inverse Transient Phase Response of Titanium-nitride-based Microwave Kinetic Inductance Detectors
以下的光脉冲（$λ=405~\text{nm}$）氮化钛（TiN）微波动力学电感探测器（MKID）冷却到温度$T \le T_c / 20$（$T_c \simeq 4.6~\text{K}$），我们观察到一个大的相位响应，同时突出显示两个不同的模式，但相关的。第一个对应于众所周知的转变库珀对打破准粒子产生一个已知的相位响应。这之后立即是一个大的反向响应，持续几百微秒到几毫秒，取决于温度。我们建议将这种逆脉冲建模为超导体的热扰动和与两个能级系统（TLS）的相互作用，该两个能级系统降低介电常数，从而修改电容并因此修改谐振频率。响应于光照的TLS的比率是电感器的面积与整个谐振器的面积的比率的数量级
2021-11-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Effect of total dose proton irradiation on the performance of Kinetic Inductance Detectors for far-Infrared space observatory
IAS, Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学空间物理研究所）；SRON, Space Research Organisation Netherlands（荷兰空间研究组织）
研究总剂量质子辐照对动能电感探测器性能的影响，发现探测器在120 mK下无显著变化，但噪声和NEP增加，可能归因于辐射后数据处理限制。
2026-05-07 astro-ph.IM physics.ins-det
