Measurements of tropospheric ice clouds with a ground-based CMB polarization experiment, POLARBEAR
大气的极化一直是以宇宙微波背景（CMB）极化为目标的地基实验的一个长期关注的问题。对流层上层云中的冰晶散射来自地面的热辐射，并产生水平偏振信号。我们报告的云信号的详细分析，使用基于地面的CMB实验，北极熊，位于智利的阿塔卡马沙漠，在150 GHz的观测。我们观察到水平极化的时间增加的低频波动（“极化突发，”以下）的$\lesssim$ 0.1 K时，云出现在监控望远镜和天空的网络摄像头。极化爆发和云之间没有相关性的假设被拒绝与$>$ 24 $σ$统计显著性使用三年的数据。我们考虑了许多其他的可能性，包括仪器和环境的影响，并没有发现其他原因比云可以更好地解释数据。我们还讨论了云偏振对未来地基CMB偏振实验的影响。
2018-09-18 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ao-ph
A large-diameter cryogenic rotation stage for half-wave plate polarization modulation on the POLARBEAR-2 experiment
本文介绍了一种低温旋转台（CRS）的设计，它与低温半波片（CHWP）偏振调制器一起用于西蒙斯阵列的第二、第三批POLARBEAR-2b和POLARBEAR-2c（PB 2b/c）宇宙微波背景（CMB）实验。使用CHWP对CMB偏振信号的快速调制抑制了由于大气湍流而引起的1/f污染，并且允许单个偏振计测量两种偏振状态，从而减轻了当差分正交检测器时出现的系统效应。为了调制整个探测器阵列，同时避免由于热发射而导致的过量光子负载，CHWP必须具有> 450 mm的净孔径直径，并冷却至< 100 K。我们设计了一个454 mm净孔径，< 65 K的CRS使用超导磁轴承由同步磁电机驱动。我们提出的CRS的规格，其接口的PB 2b/c接收器低温恒温器，其性能在一个独立的测试，并计划未来的工作。
2018-05-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Improved upper limit on degree-scale CMB B-mode polarization power from the 670 square-degree POLARBEAR survey
我们报告了一个改进的测量度尺度宇宙微波背景$B$模式角功率谱超过670平方度的天空面积在150 GHz的POLARBEAR。在原始数据分析中，连续旋转半波片（偏振调制器）的角度测量误差导致了大量数据丢失。通过引入角度校正算法，数据量增加了1.8倍。我们使用更大的数据集报告了一项新的分析。我们发现观测到的$B$模谱与带有银河系尘埃前景的$Λ$ CDM模型一致。我们估计污染的前景互相关我们的数据和普朗克143，217，和353 GHz的测量，其频谱建模为幂律角尺度和修改黑体的频率。在对前景参数进行边缘化之后，我们在95%置信水平下对张量与标量比$r$ < 0.33设置上限。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Characterization of a half-wave plate for cosmic microwave background circular polarization measurement with POLARBEAR
本文通过实验室透射测量和马尔可夫链蒙特卡罗方法拟合，表征了POLARBEAR实验中半波片的特性，计算出频带平均的圆偏振到线偏振最大泄漏系数为0.133 ± 0.009，证实了其对CMB圆偏振的灵敏度。
2023-06-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration of detector time constant with a thermal source for the POLARBEAR-2A CMB polarization experiment
针对POLARBEAR-2A实验中探测器时间常数不确定性导致偏振角偏差的问题，本文设计了一套热源标定系统，用于在亚毫秒级别标定bolometer时间常数，并给出初步标定结果。
2024-03-25 astro-ph.IM
Adaptation of frequency-domain readout for Transition Edge Sensor bolometers for the POLARBEAR-2 Cosmic Microwave Background experiment
POLARBEAR-2宇宙微波背景（CMB）实验旨在以高灵敏度观测B模偏振，以探索CMB的引力透镜和暴胀引力波。POLARBEAR-2是基于POLARBEAR-1的升级实验，该实验于2012年1月首次亮相。对于POLARBEAR-2，我们将建造一个接收器，该接收器具有7，588个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，耦合到两个波段（95和150 GHz）偏振敏感天线。对于大阵列的读出，我们采用数字频域复用和复用32个测辐射热计通过一个单一的超导量子干涉仪（SQUID）。8测辐射热计频域复用读出已部署在北极熊-1实验。将该架构扩展到32个测辐射热计需要将SQUID电子器件的带宽增加到3 MHz。为了实现带宽的增加，我们在数字频率复用平台上使用数字有源置零（DAN）。本文提出了对用于调制测辐射热计的低温布线和电容器的寄生电感和电阻的要求和改进。这些组件在1 MHz以上是有问题的。我们还表明，我们的系统是能够偏置测辐射热计在其超导过渡在3 MHz。
2013-07-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Making maps of Cosmic Microwave Background polarization for B-mode studies: the POLARBEAR example
宇宙微波背景（CMB）数据集的分析通常需要对原始时序数据进行一些滤波。滤波通常用于最小化低频噪声、大气影响和/或扫描同步信号对结果地图的影响。在这项工作中，我们明确地构建了一个通用的滤波算子，它可以明确地删除数据中的任何一组不需要的模式，然后修改的地图制作过程，以纳入和纠正它。我们表明，这样的方法是数学上等价于一个问题的解决方案，其中天空信号和不需要的模式估计同时和后者被边缘化。我们调查的条件下，这种修改后的地图制作程序可以呈现一个无偏估计的天空信号在现实情况下。然后，我们研究了时域滤波对图域中噪声相关结构的影响，以及它可能对流行的伪谱估计器的性能产生的影响。我们的结论是，虽然建议的估计器产生的地图可以说提供了最忠实的天空可能给出的数据表示，他们可能不会直接导致最好的约束的基础天空信号的功率谱和特殊的照顾可能需要采取，以确保这是这种情况。相比之下，不明确地校正时域滤波，而是将其留给数据分析中的后续步骤的简化的地图生成器可以同样良好地执行，并且更容易和更快地实现。我们专注于针对CMB信号的B模式分量的偏振敏感测量，并根据实际CMB偏振实验POLARBEAR的特性将所提出的方法应用于现实模拟。
2016-12-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
The POLARBEAR Experiment
我们提出的设计和表征的北极熊实验。POLARBEAR将测量宇宙微波背景（CMB）的偏振，角度范围从实验的3.5弧分光束大小到几度。该实验利用了一个独特的1,274天线耦合的焦平面，偏振敏感TES辐射热计冷却到250毫开尔文。利用该焦平面并严格控制系统误差，POLARBEAR具有灵敏度，可以探测到预期的由引力透镜引起的小尺度B模信号，也可以从暴胀引力波中寻找大尺度B模信号。北极熊于2010年在加利福尼亚州的Inyo山脉组装了一个工程运行，并于2011年底部署到智利的阿塔卡马沙漠。该仪器的概述，以及在智利的观测表征结果。
2012-10-29 astro-ph.IM
A Measurement of the Cosmic Microwave Background B-Mode Polarization Power Spectrum at Sub-Degree Scales with POLARBEAR
本文报道了利用智利的POLARBEAR实验对宇宙微波背景（CMB）中B模偏振功率谱的测量结果。微弱的B模式偏振信号携带着关于宇宙引力结构形成的整个历史的信息，以及可能在非常早期的宇宙中发生的宇宙暴胀。我们的测量覆盖了角多极范围500 < l < 2100，并且是基于在150 GHz下具有3.5弧分分辨率的25平方度的有效天空区域的观测。在这些角度尺度上，宇宙中的介入结构对CMB的引力透镜被认为是B模偏振的主要来源。包括系统和统计的不确定性，没有B模式偏振功率从引力透镜的假设被拒绝在97.1%的置信度。带功率与标准宇宙学模型一致。将单个透镜振幅参数A_BB拟合到测量的频带功率，A_BB = 1.12 +/- 0.61（stat）+0.04/-0.12（sys）+/- 0.07（multi），其中A_BB = 1是基准WMAP-9 LCDM值。在该表达式中，“stat”指的是统计不确定性，“sys”指的是与来自仪器和天体物理前景的可能偏差相关联的系统不确定性，而“multi”指的是对测量振幅A_BB具有倍增效应的校准不确定性。
2018-07-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Designs for next generation CMB survey strategies from Chile
正在建造新的望远镜，以前所未有的灵敏度测量宇宙微波背景（CMB），包括西蒙斯天文台（SO），CCAT-prime，BICEP阵列，SPT-3G和CMB Stage-4。我们提出了位于智利的望远镜的观测策略，这些望远镜是由用于开发最近的阿塔卡马宇宙望远镜（ACT）和北极熊调查的工具所告知的。与ACT和Polarbear一样，这些策略由以恒定仰角扫描方位角的扫描组成。我们探讨了小（0.42米）口径望远镜（SAT）和大（6米）口径望远镜（LAT）的观测策略。我们研究的策略集中在小的天空区域，以寻找暴胀引力波，以及战略跨越大约一半的低前景天空，以限制相对论性物种的有效数量和测量中微子质量的总和，通过引力透镜信号，由于大尺度结构。我们提出这些策略，特别考虑到望远镜的硬件和科学目标的SO，位于南纬23度，西经67.8度。靠近太阳和月球的观测可以通过望远镜旁瓣向仪器施加额外的功率来引入额外的系统学。数据中的显著旁瓣污染甚至可以发生在来自亮源的数十度或更高的温度下。因此，我们提出了几种策略，实现太阳和月亮避免限制到望远镜调度。解决同时可见的领域之间的冲突的策略进行了讨论。我们专注于最大限度地利用望远镜进行科学观测。还需要安排校准测量，但这超出了本工作的范围。这项研究的结果是算法，可以生成特定的时间表命令的西蒙斯天文台仪器。
2018-08-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Precision Tests of Parity Violation Over Cosmological Distances
最近通过BICEP 2和POLARBEAR实验对宇宙微波背景$B$模式偏振功率谱的测量已经展示了用于探测基础物理的新的精确工具。不管起源如何，我们能够检测到亚$μ$ K CMB偏振的事实代表了巨大的技术突破。然而，更多的信息可能隐藏在CMB的极化模式中。由于它的张量性质，CMB偏振也可以通过检测宇宙偏振旋转来揭示宇称违反物理学。虽然目前的CMB偏振仪是足够灵敏的测量一个度级偏振旋转与$>5σ$统计意义，他们缺乏区分这种效果从一个系统的仪器偏振旋转的能力。在这里，我们激励从目前的CMB数据以及独立的射电星系和类星体的偏振测量宇宙偏振旋转的搜索。我们认为，校准精度的提高将允许精确测量的奇偶性和洛伦兹违反效果。我们描述了CalSat天基偏振校准器，该校准器将为$0.05^\circ$提供系统偏振角校准不确定性的严格控制--比当前CMB偏振校准器有一个数量级的改进。基于CalSat-based校准可以与当前的CMB偏振仪一起使用，以搜索$B$模式偏振，有效地将它们变成宇宙宇称违反的探测器，即不需要建立专用仪器。
2014-12-31 astro-ph.CO astro-ph.IM
Design and characterization of a ground-based absolute polarization calibrator for use with polarization sensitive CMB experiments
我们提出了一种用于偏振敏感宇宙微波背景（CMB）实验的精确度优于0.1度的地面绝对偏振角校准器的设计和表征。校准器的精度要求是由减少宇宙偏振旋转上限的需要驱动的，在一大类宇宙学模型中，宇宙偏振旋转上限预计为零。诸如宇宙双折射和原始磁场之类的宇宙偏振效应可以生成伪B模式，其导致非零CMB TB和EB相关性，这些相关性随着检测器取向的未对准而退化。用于绝对偏振角校准的普通偏振天体物理源的特性不优于0.5度。通过自校准方法可以实现更高的精度，但是这些方法会受到天体物理前景污染的影响，并且固有地假设不存在像宇宙偏振旋转这样的影响。这两种校准方法的不足之处突出了对具有良好特性的偏振源的需要。我们提出的校准器利用一个76 GHz的耿氏振荡器耦合到一个倍频器，角锥喇叭天线，和共同旋转的线栅偏振器。我们使用一个精确的气泡水平仪与位于外壳内的四个精密级铝平面相结合，以校准源的线性偏振平面相对于局部重力矢量优于0.1度的目标。2017年，该校准器被部署用于位于智利阿塔卡马沙漠的POLARBEAR CMB实验的工程测试运行，并将于2018年升级用于POLARBEAR-2b接收器的校准。在下面的工作中，我们提出了一个详细的概述校准器的设计，系统控制，表征，部署，和未来的CMB实验绝对偏振校准计划。
2018-09-06 astro-ph.IM
Development and characterization of the readout system for POLARBEAR-2
POLARBEAR-2是精确测量宇宙微波背景（宇宙微波背景（CMB））偏振的下一代接收器。计划于2015年初部署，它将与现有的POLARBEAR-1接收器一起在智利阿塔卡马沙漠Cerro Toco的西蒙斯阵列的一个新望远镜上进行观测。为了提高灵敏度，它将采用更大面积的焦平面，共有7，588个偏振敏感天线耦合过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，设计灵敏度为4.1 uKrt（s）。焦平面将被冷却到250毫开尔文，测辐射热计将通过40倍频域多路复用读出，单个SQUID放大器上有36个光学测辐射热计，以及2个暗测辐射热计和2个校准电阻。为了将多路复用因子从POLARBEAR-1的8倍增加到POLARBEAR-2的40倍，需要用于SQUID读出的额外带宽和明确定义的频率信道间隔。扩展到这些更高的频率需要新的组件和LC滤波器的设计，定义信道间隔。LC滤波器是具有与每个测辐射热计串联的电感器和电容器的冷谐振电路，并且布线中的杂散电感和来自电容器的等效串联电阻可以影响测辐射热计操作。我们目前的结果，从这些新的读出组件的特性。读出系统的集成首先在小规模上进行，以确保读出系统不会影响测辐射热计的灵敏度或稳定性，并在扩展到完整的接收器之前验证整个系统。我们目前的读出集成的状态，以及整个阵列的组件的初步结果和状态。
2014-11-07 astro-ph.IM
The POLARBEAR-2 and Simons Array Focal Plane Fabrication Status
介绍了偏振熊-2A（PB 2-A）焦平面的制作现状。PB 2-A是西蒙阵列（SA）中三台望远镜中的第一台，西蒙阵列是位于智利北部POLARBEAR（PB）站点的三台宇宙微波背景（CMB）偏振敏感望远镜的阵列。作为PB实验的后继者，每个望远镜和接收器组合被命名为PB 2-A，PB 2-B和PB 2-C。PB 2-A和PB 2-B将具有工作在90和150 GHz的几乎相同的接收器，而PB 2-C将容纳工作在220和270 GHz的接收器。每个接收器包含一个焦平面组成的七个紧密的六角形包装的小透镜耦合正弦天线过渡边缘传感器测辐射热计阵列。每个阵列包含271个双色光学像素，每个像素具有四个TES测辐射热计，每个接收器总共有7588个探测器。我们已经为PB 2-A产生了一组两种类型的候选阵列。第一种我们称之为版本11（V11），并使用氧化硅（SiOx）作为传输线和正交极化的交叉过程。第二种我们称之为版本13（V13），使用氮化硅（SiNx）作为传输线，并使用交叉工艺进行正交极化。我们已经生产了足够的每种类型的阵列，以充分填充PB 2-A接收器的焦平面。V11和V13阵列的平均引线键合成品率分别为93.2%和95.6%。V11阵列的超导转变温度（Tc）为452 +/- 15 mK，法向电阻（Rn）为1.25 +/- 0.20欧姆，90和150 GHz频段的饱和功率分别为5.2 +/- 1.0 …
2022-10-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB lensing power spectrum estimation without instrument noise bias
宇宙微波背景（CMB）透镜的功率谱将在即将进行的调查中测量到低于%的精度，从而严格限制中微子质量和其他宇宙学参数的总和。测量透镜功率谱涉及CMB图的四点函数的连接三谱的估计，这需要减去大的高斯断开噪声偏置。这种重建噪声偏差受到CMB和前景波动以及仪器噪声（地面勘测的探测器噪声和大气噪声）的影响。因此，去偏置过程依赖于仪器噪声的模拟质量，这可能是昂贵的或不准确的。我们提出了一个新的估计，利用至少四个分裂的CMB地图与独立的仪器噪声。该估计器使得CMB透镜功率谱对在建模或模拟仪器噪声中做出的任何假设完全不敏感。我们表明，这种估计，在许多实际情况下，导致信号噪声没有实质性的损失。我们提供了一个有效的算法，其计算，规模与分裂$m$的数量为$\mathcal{O}(m^2)$，而不是一个天真的$\mathcal{O}(m^4)$的期望。
2021-06-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
The POLARBEAR-2 and the Simons Array Experiment
我们提出了一个概述的设计和状态的\Pb -2和西蒙斯阵列实验。\Pb-2是一个宇宙微波背景偏振测量实验，旨在表征弱引力透镜产生的角分角标度B模信号，并寻找暴胀引力波产生的度角标度B模信号。接收机焦面直径365 mm，冷却温度270毫开尔文。焦平面填充有同时对95 GHz和150 GHz频带敏感的7，588个二向色小透镜-天线耦合偏振敏感过渡边缘传感器（TES）测辐射热像素。TES测辐射热计由具有40通道频域复用的SQUID读出。折射光学元件由高纯度氧化铝制成，以实现高光学吞吐量。接收机设计为在每个频带中实现5.8~ $μ$ K $_{CMB}\sqrt{s}$的噪声等效温度。\Pb-2将于2016年部署在智利的阿塔卡马沙漠。Simons阵列是一个通过部署三个\Pb -2型接收器来进一步提高灵敏度的项目。Simons阵列将覆盖95~GHz、150~GHz和220~GHz频段，用于前台控制。西蒙斯阵列将能够将张量标量比和中微子质量之和限制为$σ(r) = 6\times 10^{-3}$，$r = 0.1$和$\sum m_ν(σ=1)$为40 meV。
2015-12-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Magnetic Sensitivity of AlMn TESes and Shielding Considerations for Next-Generation CMB Surveys
在未来十年，新的地面宇宙微波背景（CMB）实验，如西蒙斯天文台（SO），CCAT-prime和CMB-S4，将增加一个数量级或更多的探测器观测CMB，大大提高我们对宇宙学和天体物理学的理解。这些项目将部署多达数十万个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的接收器，这些测辐射热计耦合到基于超导量子干涉器件（SQUID）的读出系统。众所周知，诸如TES和SQUID的超导器件对磁场敏感。然而，由于超导转变的复杂行为，磁场对TES的影响不容易预测，这促使直接测量这些设备的磁灵敏度。我们提出了比较四引线测量的临界温度与施加的磁场的AlMn TEES的几何形状，掺杂，和腿的长度，包括先进的ACT（AdvACT）和POLARBEAR-2/西蒙斯阵列测辐射热计。钼-铜双层ACTPol TES也进行了测试，发现比AlMn器件对磁场更敏感。我们提出了一个观察弱链接的行为在铝锰TESes在低临界电流。我们还比较了时分复用SQUID和频分复用微波RF-SQUID的磁灵敏度的测量。我们讨论了我们的测量所需的磁屏蔽的影响，为未来的实验，旨在映射的CMB接近基本的限制。
2018-05-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
A measurement of atmospheric circular polarization with POLARBEAR
本研究利用POLARBEAR实验3年观测数据，借助连续旋转半波片的非理想转换效应测量150GHz波段大气圆偏振，验证了相关仪器认知与该方法在宇宙微波背景实验中的应用可行性。
2025-01-10 astro-ph.IM
Optimising instrument concepts with Machine Learning: Application to CMB spectral distortion experiments
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Institut d’Astrophysique Spatiale（法国国家科学研究中心，天体物理研究所）；Centre national d’études spatiales (CNES)（法国国家空间研究中心）
本研究提出一种基于机器学习的优化方法，用于探索天文仪器多维参数空间，并应用于FOSSIL任务的CMB谱畸变测量，识别关键参数以提升实验性能。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimization Study for the Experimental Configuration of CMB-S4
CMB第四阶段（CMB-S4）实验是下一代地面实验，将以前所未有的精度测量宇宙微波背景（CMB）偏振，探测暴胀的特征，宇宙中微子的性质，早期宇宙中的相对论热遗迹以及宇宙的演化。为了推进CMB-S4仪器设计的进展，我们建立了一个框架来优化仪器配置，以最大限度地提高其科学产出。在本文中，我们报告我们的第一个结果，从这个框架，使用简化的工具和成本模型。我们主要研究了两类仪器配置：直径范围从2-10米的大口径望远镜阵列，以及将小口径望远镜（直径0.5米）与大口径望远镜相结合的混合阵列。我们探索性能作为望远镜孔径大小的函数，探测器分布到不同的微波频率，调查策略和调查区域，低频噪声性能，以及混合配置的小口径和大口径望远镜之间的平衡。我们还研究了工具模型的不确定性的影响。有几个领域值得进一步改进。在我们的预测框架中，我们采用了一个简单的两分量前景模型与空间变化的幂律谱指数。我们估计去透镜性能统计和忽略可能的非理想。仪器系统学，这是不占在我们的研究，可能会影响设计。工具和成本模型的进一步研究将是整个CMB-S4社区的主要研究领域之一。我们希望我们的框架将有助于估计这些改进在未来的影响，我们将把它们，以进一步提高优化。
2017-05-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
CAPMAP: A New Instrument to Measure the E-mode CMB Polarization on Angular Scales of 4 arcmin to 40 arcmin
本文介绍了新型仪器CAPMAP的设计、建造与测试，其通过90GHz四元件相关极化仪阵列在4角分至40角分尺度上探测ℓ=500-1500的E模式CMB极化，以更高分辨率测量并助力宇宙学参数确定。
2024-11-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Modulation of CMB polarization with a warm rapidly-rotating half-wave plate on the Atacama B-Mode Search (ABS) instrument
我们在阿塔卡马B模式搜索（ABS）上评估了使用快速旋转的半波片（HWP）对宇宙微波背景（CMB）偏振的调制。解调后的时序数据（TOD），我们发现一个显着减少的大气波动。解调的TOD在500-1000秒的时间尺度上是稳定的，对应于1-2 mHz的频率。这有助于恢复大角度尺度的宇宙学信息，这通常只能从气球或卫星实验中获得。该技术还实现了对天体偏振的灵敏测量，而无需区分对两个正交线性偏振敏感的成对探测器的TOD。这是第一次演示使用快速旋转的HWP从地面平台去除这些水平的大气污染的能力。
2014-02-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
The QUIJOTE CMB Experiment: status and first results with the multi-frequency instrument
QUIJOTE（Q-U-I JOint Tenerife）CMB实验旨在观测宇宙微波背景的偏振以及10-40 GHz频率范围内的中大角尺度的其他银河系和河外信号。两台QUIJOTE望远镜中的第一台和多频（10-20 GHz）仪器自2012年11月以来一直在运行。2014年，第二台望远镜和一台30 GHz的新仪器将准备投入使用，另一台40 GHz的仪器已进入最后设计阶段。经过三年的有效观测，如果张量与标量之比大于r = 0.05，这些望远镜和仪器获得的数据将具有检测原始引力波分量所需的灵敏度。目前，我们已经完成了北半球18000平方度的多频仪器的宽银河调查的一半。当我们在2014年初完成这项调查时，我们将在11，13，17和19 GHz的Q和U中达到每一度光束约14μK。
2014-02-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Measurement of the CMB Polarization at 95 GHz from QUIET
尽管精确宇宙学取得了巨大的成功，但宇宙学家无法完全解释宇宙的初始条件。暴胀是一种很有希望的潜在解释，它在前10^-36秒内呈指数膨胀。对暴胀的一般预测是宇宙微波背景（CMB）中的奇宇称（B模式）极化。Q/U成像实验（QUIET）旨在限制或检测这种偏振。我们建立了一个相干伪相关微波偏振计。一组大规模生产的模块安装在1.4米望远镜的焦平面上。每个模块的极化灵敏度为756 muK sqrt{s}，带宽为10.7+/-1.1 GHz，中心频率为94.5+/-0.8 GHz;综合灵敏度为87+/-7 muK sqrt{s}。我们将甲板旋转，吸收地面屏幕，一个新的时间流双解调技术，并优化光学设计，以减少仪器偏振。2009年8月至2010年12月，我们在智利的阿塔卡马高原使用该仪器进行了观测。我们收集了5336.9小时的CMB观测和1090小时的天文校准。本文描述了这些数据的分析和结果。我们使用天文校准数据以及专门建造的人工源来表征该仪器。我们开发了噪声建模，过滤和数据选择盲分析策略。这一策略的核心是一套32个零测试，每个测试的动机是一个可能的工具问题或系统效应。我们还评估了分析盲态阶段的系统误差。然后，我们计算的CMB功率谱使用伪Cl互相关技术，抑制污染，使结果不敏感的噪声偏置。
2012-09-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
SPECTER: An Instrument Concept for CMB Spectral Distortion Measurements with Enhanced Sensitivity
本文提出名为SPECTER的新型仪器概念，通过独立设置频段与绝对温度校准，在边缘化前景后以约5σ显著性探测CMB μ-畸变，并高精度测量y-畸变及其相对论修正。
2025-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Designs for a large-aperture telescope to map the CMB 10X faster
目前的大口径宇宙微波背景（CMB）望远镜几乎已经最大限度地增加了可以照明的探测器的数量，同时保持衍射限制的图像质量。在未来几年内，这些望远镜中部署的偏振敏感探测器阵列将大致拥有$10^4$探测器。将未来仪器的绘图速度提高至少一个数量级，对于在大爆炸后的最初几分之一秒内精确探测暴胀范式并对宇宙学参数提供强有力的约束是很重要的。CMB界已经开始规划下一代“第四阶段”CMB项目，该项目将由多个望远镜组成，探测器介于$10^5$和$10^6$之间，以实现这些目标。本文介绍了新的交叉德拉戈内望远镜和接收器的光学设计，增加了可用的衍射有限的视场，因此映射速度，由一个数量级相比，即将到来的一代大口径仪器。偏振系统学和工程考虑，包括一个初步的接收机模型，以证明这些设计将使高效率照明的$>10^5$探测器在下一代CMB望远镜。
2016-02-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Recovery of Large Angular Scale CMB Polarization for Instruments Employing Variable-delay Polarization Modulators
可变延迟偏振调制器（VPM）目前被用于在大角度尺度上测量宇宙微波背景的偏振的实验中，因为它们能够提供快速的前端偏振调制和对系统误差的控制。尽管VPM提供了诸多优势，但识别和减轻泄漏到信号的同步调制分量中的任何时变效应也很重要。在本文中，从一个$300$ K VPM的排放对系统性能的影响被认为是和解决。虽然仪器设计可以大大降低调制VPM发射的影响，但仍会有一些残留的调制信号。VPM的排放处理中存在的旋转失调和温度变化。时序数据的模拟被用来评估这些残余误差对功率谱的影响。本文中的分析和建模指导实验人员使用VPM作为前端调制器的观测的关键方面。通过实现所描述的表征和控制，前端VPM调制对于减轻大角度尺度极化测量中的$1/f$噪声可以是非常强大的。研究的系统误差从根本上限制了张量标量比为$r=0.01$的大尺度B模式的检测和表征。事实上，$r<0.01$可以通过显著改进的表征和控制来实现。
2016-02-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Effects of Bandpass Variations on Foreground Removal Forecasts for Future CMB Experiments
用于研究宇宙微波背景的仪器的频带增益和中心频率随时间和系统的变化是数据到地图分析管道中的重要因素。如果没有适当的特征，它们可能会限制下一代实验消除天体物理前景污染的能力。不确定性包括仪器探测器波段，它可以在焦平面上系统地改变，以及用于测量波段的仪器的校准。一个潜在的主要影响是大气波动引起的随时间变化的增益和频带不确定性。更具体地说，大气条件的变化导致大气传输的频率相关变化，这反过来又导致仪器带通的有效增益和中心频率的变化。使用大气建模软件和ACTPol带通，我们模拟的预期变化的频带增益和中心频率为20，40，90，150和240 GHz频段的可降水量的水蒸气，观测角度和地面温度的函数。结合这些影响，使我们能够在一个完整的观测季节的过程中，在波段增益和中心频率的预期不确定性的最大和最小限制。然后，我们将不确定性引入到模拟CMB图上的参数最大似然分量分离方法中，以预测前景去除性能和张量标量比r上的似然性。我们的结论是，测量$σ(r=0)$ ~ $10^{-3}$与控制下的恢复$r$的偏差，相对增益和带通的中心频率的不确定度的限制必须分别<2%和<1%。我们还评论自校准带通不确定性的可能性。
2018-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
SPTpol: an instrument for CMB polarization measurements with the South Pole Telescope
SPTpol是一个双频偏振敏感相机，于2012年1月部署在10米南极望远镜上。SPTpol将测量角标度上的宇宙微波背景（CMB）的偏振各向异性，角标度从角分到几度不等。SPTpol的偏振灵敏度将使得能够从通过大尺度结构对CMB的引力透镜的检测来检测CMB“B模式”偏振，以及对由于暴胀重力波引起的原始信号的检测或改进的上限。这两个测量可以用来限制中微子质量和暴胀的能量尺度之和。这些科学目标可以通过SPTpol相机的偏振灵敏度和系统学的仔细控制来实现。SPTpol相机由768个像素组成，每个像素包含两个耦合到正交偏振的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，总共1536个测辐射热计。像素对以90和150 GHz为中心的两个频带中的一个中的光敏感，在90 GHz处具有180个像素，在150 GHz处具有588个像素。SPTpol设计具有多个旨在控制极化系统的功能，包括：具有低交叉极化的单模喇叭天线，与不同大气信号匹配良好的测辐射热计对，基于SPT远旁瓣测量的改进的接地屏蔽设计，以及用于降低温度到极化泄漏的小波束。我们提出了一个概述的SPTpol仪器设计，项目状态和科学预测。
2012-10-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration Measurements of the BICEP3 and BICEP Array CMB Polarimeters from 2017 to 2024
本研究详细介绍了BICEP3和BICEP Array CMB偏振计在2017至2024年间的波束校准测量，包括主波束、偏振响应和旁瓣测绘，以控制仪器系统误差并指导未来接收器设计。
2024-09-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Crab nebula at 260 GHz with the NIKA2 polarimeter. Implications for the polarization angle calibration of future CMB experiments
对包含在宇宙微波背景（CMB）偏振B模信号中的原初引力波的探索，促使人们发展新一代高灵敏度实验（如CMB-S4，LiteBIRD），使他们能够探测到它的印记。尽管如此，这只有通过确保对仪器系统效应的高度控制和偏振角的精确绝对校准才有可能。蟹状星云被认为是宇宙微波背景辐射实验中的偏振校准器，已经被普朗克卫星使用，它在微波波长下表现出高偏振信号。在这项工作中，我们提出了螃蟹偏振观测获得的中心频率为260 GHz的NIKA 2仪器，并讨论了这样的测量所需的精度，以提高对CMB实验的绝对角度校准的约束。
2021-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Recovering unbiased CMB polarization maps using modern ground-based experiments with minimal assumptions about atmospheric emission
Université Paris Cité, CNRS, Astroparticule et Cosmologie（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，亚原子粒子与宇宙学）；CNRS-UCB International Research Laboratory, Centre Pierre Binétruy（法国国家科学研究中心-加州伯克利国际研究实验室，皮埃尔·比内屈中心）；Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester（乔德雷尔银行天体物理学中心，曼彻斯特大学）
本文提出了一种无需大气建模的CMB偏振图恢复方法，通过配对差分技术在降低噪声方面表现优异。
2025-12-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
SPIDER: CMB polarimetry from the edge of space
天基信息平台是一种球载仪器，旨在绘制大角度尺度的毫米波天空偏振图。SPIDER的目标是宇宙微波背景（CMB）中原始引力波的B模式特征，重点是在多个频率上以高保真度绘制大范围的天空区域。2015年1月，SPIDER的第一次长时间气球（LDB）飞行共部署了2400个天线耦合的过渡边缘传感器（TES），频率为90 GHz和150 GHz。在这项工作中，我们审查的设计和飞行中的性能的天基信息平台仪器，特别侧重于测量性能的探测器和仪器在类似空间的加载和辐射环境。SPIDER将于2018年12月进行第二次飞行，将包括有效载荷升级和新的接收器，以285 GHz的频率绘制天空，为清除CMB地图上的偏振尘埃排放提供有价值的信息。
2017-11-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Planck pre-launch status: High Frequency Instrument polarization calibration
普朗克的高频仪器将在100至857 GHz的毫米和亚毫米域中绘制整个天空，在100、143、217和353 GHz具有前所未有的偏振灵敏度（$ΔP/T_{\tiny cmb} \sim 4\cdot 10^{-6}$）。它将导致我们对宇宙微波背景各向异性和极化前景信号的理解的重大改进。普朗克将对$E$模谱进行高分辨率测量（高达$\ell \sim 1500$），并将在寻找原始引力波对CMB偏振的微弱印记方面发挥突出作用。本文讨论了温度（增益）和偏振（偏振效率和探测器方向）的校准对偏振测量的影响。仪器的偏振参数的具体要求的设置，我们报告他们的飞行前测量HFI测辐射热计。我们提出了一个半分析的方法，准确地占仪器的扫描策略，以及不同的检测器的组合。我们使用这种方法来传播误差通过的CMB角功率谱在特定情况下的普朗克-HFI，并推导出偏振参数的约束。我们表明，为了将系统误差限制在$E$模功率谱宇宙方差的10%以内，增益、偏振效率和探测器方位的不确定度必须分别低于0.15%、0.3%和1°。本文报道的发射前地面测量已经满足了这些要求。
2010-04-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Instrument Overview of Taurus: A Balloon-borne CMB and Dust Polarization Experiment
介绍球载CMB实验Taurus的仪器设计，其依托NASA超压气球平台，采用万余个低温测辐射热计，可实现大角尺度高保真极化测量，助力相关宇宙学研究与前景图绘制。
2024-07-13 astro-ph.IM
Future prospects on constraining neutrino cosmology with the Ali CMB Polarization Telescope
利用阿里宇宙微波背景偏振望远镜（AliCPT）的宇宙微波背景（CMB）温度、E模偏振和透镜谱的结构，预测了中微子物理参数的约束。为了实现预报计算，我们进行了数值模拟，结果表明，AliCPT将产生的结果$σ(N_{\mathrm{eff}})=0.42$和$σ(M_ν)=0.18$的第一年的观测。此外，我们调查的仪器参数，如噪声水平，半峰全宽（FWHM），天空覆盖范围可以影响这两个参数的约束。我们的预测结果发现，一个大口径望远镜与一个大的天空调查策略将显着改善目前的限制。
2021-12-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Multi-chroic dual-polarization bolometric detectors for studies of the Cosmic Microwave Background
我们正在开发用于CMB偏振测量的多色天线耦合TES探测器。多色探测器提高了每个焦平面区域的测绘速度，并在不增加重量或低温成本的情况下提供了更大的偏振星系前景分辨力。在每个像素中，一个硅透镜耦合的双极化正弦天线收集两个倍频程频带上的光。该天线将宽带毫米波信号耦合到微带传输线中，片上滤波器组将宽带信号分成几个频带。单独的TES测辐射热计检测每个频带和线性偏振中的功率。我们将描述这些设备的设计和性能，并提出与原型像素的光学数据。我们的测量结果表明，百分之水平的椭圆率，百分之水平的交叉偏振泄漏，和分区带使用银行的2，3，和7过滤器的光束。本文还介绍了用于高介电常数透镜的宽带增透膜的研制。宽带减反射涂层具有大约100%的带宽，并且在低温下没有可检测的损耗。最后，我们将描述一个升级的POLARBEAR CMB实验和LITEBird CMB卫星实验的安装，这两个都有这些探测器的千像素的焦平面，以实现前所未有的映射速度。
2012-10-31 astro-ph.IM
An upgraded frequency-selectable laser source (FLS) calibrator for CMB bandpass characterization
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）
针对CMB实验中傅里叶变换光谱仪（FTSes）受系统误差限制的问题，研究人员开发并升级了频率可选激光源（FLS）校准器，完成其表征并制定了野外微波仪器测试计划，以改进CMB通带测量。
2026-08-04 astro-ph.IM
The Precursor Small Aperture Telescope (PreSAT) CMB polarimeter
Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory（卡弗里粒子天体物理学与宇宙学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Department of Physics, California Institute of Technology（加州理工学院物理系）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Minnesota Institute for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院天体物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系）；Department of Physics, Enrico Fermi Institute, Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系，恩里科·费米研究所，卡弗里宇宙物理学研究所）
PreSAT通过测试CMB-S4原型组件和技术，为下一代CMB观测提供关键技术支持。
2024-07-10 astro-ph.IM
A LEKID-based CMB instrument design for large-scale observations in Greenland
我们提出的可行性研究，其中审查部署地面毫米波偏振计，专门用于观测宇宙微波背景（CMB），在格陵兰岛的Isi站的结果。这项研究的仪器是基于集总元件动态电感探测器（LEKID）和F/2.4反射，交叉Dragone望远镜与500毫米口径。望远镜安装在接收器内部，并通过闭合循环$^4$ He制冷机冷却到$<\,4$ K，以减少探测器上的背景负载。来自天空的线性偏振信号由金属网半波片调制，该金属网半波片在望远镜的孔径光阑处旋转，该孔径光阑具有基于超导磁轴承的空心轴电机。模块化探测器阵列设计包括至少2300个LEKID，并且其可以被配置用于以150 GHz或更高为中心的谱带。我们的研究考虑了以150、210和267 GHz为中心的光谱波段的观测配置。整个旋光仪安装在一个商用精密旋转空气轴承上，它允许快速的方位扫描速度，随着时间的推移，振动和机械磨损可以忽略不计。滑环为仪器提供动力，实现圆形扫描（360度连续旋转）。当与天空旋转和观测地点的纬度相结合时，这种安装产生了一种内旋轮线扫描模式，这种扫描模式产生了极好的交联，并且能够使用一系列恒定仰角扫描来观测34%的天空。这种扫描模式和天空覆盖范围与波束尺寸（150 GHz时为15弧分）相结合，使仪器对角功率谱中的$5 < \ell < 1000$敏感。
2014-10-10 astro-ph.IM
Revealing Non-circular beam effect in WMAP-7 CMB maps with BipoSH measures of Statistical Isotropy
在当前的宇宙微波背景（CMB）实验中，仪器光束不可避免地偏离圆对称性，这对从高灵敏度和高分辨率的CMB测量中获得高精度的推论提出了重大挑战。我们提出的分析结果，验证了数值模拟，宇宙信号的CMB地图，尊重基本的统计各向同性（SI）对称性，测量仪器，有轻度非圆形（NC）光束，然而，表现出SI违反。此外，我们表明，适当的可观察的措施内构建的双极球谐（BipoSH）表示SI违反捕捉微妙的NC束的影响，再加上仪器的扫描策略。伴随着他们最新的7年数据发布，WMAP团队在实验的“W”和“V”波段公布了非零BipoSH光谱A^{20}_{l-2 l}和A^{20}_{l-2 l}的非常高的显著性测量。我们提出了一个强有力的情况下，BipoSH测量主要是由四极（m=2）的NC-光束，b_{l2}，相应的通道的组件解释。事实上，微妙的非圆度水平，例如，WMAP波束|b_{l2}|/ b_{l0} < 0.01，导致可测量的BipoSH光谱指向BipoSH表示的巨大前景和潜力。这项工作的关键结果是，使用BipoSH测量，它是可能的，以估计一个等效的单次击中，“平行传输”的有效NC光束，匹配的角功率谱和非零BipoSH测量的观察到的地图。因此，BipoSH分析提供了用NC束制作的CMB图的非常简单和有效的表征。（节录）
2013-07-19 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
The PolarKID project: polarization measurements with KIDs for the next generation of CMB telescopes
PolarKID项目测试新型偏振源测量方法，结合KISS仪器与多种模拟源，采用LEKIDs探测器，旨在识别影响CMB偏振B模探测的仪器系统误差，服务下一代CMB望远镜。
2024-07-14 astro-ph.IM
Design of a testbed for the study of system interference in space CMB polarimetry
LiteBIRD是日本宇宙航空研究开发机构提出的一项卫星任务，以前所未有的灵敏度（$σ_r\sim 0.001$）测量CMB B模式偏振。为了实现这一目标，$4676$最先进的TES测辐射热计将从L2观测整个天空3年。这些探测器以及SQUID读数极易受到EMI和其他仪器干扰的影响，例如静态磁场和振动。因此，必须仔细分析探测器系统与望远镜其他仪器之间的干扰。这项研究在项目的早期阶段尤为重要，以便在整个仪器的最后组装之前解决潜在的问题。我们报告我们的计划，准备一个低温试验台，以研究探测器和其他子系统之间的相互作用，特别是偏振调制器单元组成的磁旋转半波片。我们还介绍了要求，目前的状况和初步结果。
2019-11-27 astro-ph.IM physics.ins-det
Thermal Testing for Cryogenic CMB Instrument Optical Design
宇宙微波背景的观测依赖于具有冷探测器、读出器和光学器件的低温仪器，这些低温仪器提供了进行更灵敏测量所需的低噪声性能和仪器稳定性。因此，优化低温设计的各个方面以实现必要的性能、低温部件和可接受的系统冷却要求至关重要。特别是，我们将集中在我们使用的热过滤器和冷光学，这减少了热负荷传递到低温阶段。为了测试它们的性能，我们在BICEP阵列望远镜的第三个接收器集成时进行了一系列现场测量。除了表征该接收器的行为外，这些测量还继续改进用于为未来仪器提供设计选择的模型。
2022-08-04 astro-ph.IM
Setting requirements on out-of-band rejection for next-generation CMB experiments. Application to the LiteBIRD instrument
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut d’Astrophysique Spatiale（空间天体物理研究所）；IRAP（天体物理学研究所）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNES（法国国家空间研究中心）；Università La Sapienza（罗马第一大学）；INFN Sezione di Roma（意大利国家核物理研究院罗马分部）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Astroparticule et Cosmologie（粒子天体物理与宇宙学实验室）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；INFN Sezione di Milano（意大利国家核物理研究院米兰分部）；Cardiff University（卡迪夫大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学 Kavli宇宙粒子物理中心）；NIST Quantum Sensors Group（美国国家标准与技术研究院量子传感器小组）
为下一代宇宙微波背景实验设定带外抑制要求，通过建模光学响应和光谱发射，分析带外功率对探测链、热负荷及成分分离的影响，推导出频率子域的衰减因子要求。
2026-10-30 astro-ph.IM
Review of Radio Frequency Interference and Potential Impacts on the CMB-S4 Cosmic Microwave Background Survey
CMB-S4将以前所未有的精度绘制宇宙微波背景，同时测量毫米波时域天空，以促进我们对宇宙学和宇宙的理解。CMB-S4将在南极和智利的阿塔卡马沙漠两个地点进行观测。将小口径和大口径望远镜与数十万个偏振敏感探测器相结合，将在20-300 GHz的几个频段进行观测，以前所未有的灵敏度测量超过50%的天空。CMB-S4试图在灵敏度上取得巨大飞跃，同时在广泛的基本不受保护的频谱范围内进行观测，这些频谱越来越多地用于地面和卫星传输。CMB仪器技术的基本方面使它们容易受到各种频率的射频干扰，包括观测波段以外的频率。地面CMB仪器通过将超导测辐射热计的大焦平面部署到极其干燥的高海拔地点，实现其非凡的灵敏度，具有大的分数带宽，宽视场和多年的积分时间。历史上，合适的观测地点提供了对RFI的重要保护，自然是通过其极其偏远的位置以及对当地排放的限制。由于耦合机制很复杂，不干扰CMB测量的安全发射水平或频率并不总是通过简单的计算来确定。我们讨论了与CMB-S4相关的各种类型RFI的干扰模型、缓解策略以及对调查灵敏度的潜在影响。
2022-08-02 astro-ph.IM physics.soc-ph
