Development of Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for the W-Band
我们正在开发一个集总元件动态电感探测器（LEKID）阵列，能够在W波段（75-110 GHz）工作，以执行地面宇宙微波背景（CMB）和毫米波天文观测。W波段是接近最佳的污染的CMB从银河系同步加速器，自由，和热星际尘埃。在这一波段，大气层具有很好的透明度，因此可以用大型（>30米）望远镜进行有趣的地面观测，实现高角分辨率（<0.4弧分）。在这项工作中，我们描述了启动测量致力于优化的W波段相机/光谱仪原型的大口径望远镜，如64米SRT（撒丁岛射电望远镜）。在为LEKID选择最佳超导膜的过程中，我们表征了40 nm厚的铝2像素阵列。我们测量了能够破坏CP（即$hν=2Δ\left(T_{c}\right)=3.5k_{B}T_{c}$）的最小频率，获得了$ν=95.5$ GHz，其对应于1.31 K的临界温度。这不适合覆盖整个W波段。对于80 nm的层，最小频率降低到93.2 GHz，这对应于1.28 K的临界温度;该值对于W波段操作仍然是次优的。进一步增加Al膜厚度会导致探测器性能变差。因此，我们考虑了钛-铝双层（10 nm厚的Ti + 25 nm厚的Al，已经在其他实验室中测试过），我们测量了820 mK的临界温度和65 GHz的截止频率：因此该解决方案允许在整个W波段中操作。
2016-01-07 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Horn-Coupled, Commercially-Fabricated Aluminum Lumped-Element Kinetic Inductance Detectors for Millimeter Wavelengths
我们讨论的设计，制造和测试的原型喇叭耦合，集总元件动态电感探测器（LEKIDS）设计的宇宙微波背景（CMB）的研究。LEKID由沉积在硅晶片上的薄铝膜制成，并在STAR Cryoelectronics（一家商业设备代工厂）使用标准的光刻技术进行图案化。我们制作了20个元件阵列，优化了以150 GHz为中心的光谱带，以测试器件的灵敏度和产量以及复用方案。我们在两种配置中表征了探测器。首先，在黑暗的环境中与喇叭孔径覆盖的检测器进行了测试，第二，喇叭孔径指向一个光束填充低温黑体负载。这些测试表明，复用方案是稳健的和可扩展的，跨多个LEKID阵列的产率为91%，并且4 K光负载的噪声等效温度（NET）在26 $\thinspace\pm6 \thinspace μ\mbox{K} \sqrt{\mbox{s}}$的范围内。
2015-03-26 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
Magnetic field dependence of the internal quality factor and noise performance of lumped-element kinetic inductance detectors
我们提出了一种技术，用于增加动态电感检测器（KID）的内部品质因数，通过调零环境磁场与适当施加的磁场。本研究中使用的KID由薄膜铝制成，安装在由散装铝制成的不透光封装内，并在$150 \, \mathrm{mK}$附近运行。由于薄膜铝具有略微升高的临界温度（$T_\mathrm{c} = 1.4 \, \mathrm{K}$），因此它在封装（$T_\mathrm{c} = 1.2 \, \mathrm{K}$）之前转变，封装也用作磁屏蔽。在冷却时，小至约$30 \, \mathrm{μT}$的环境磁场可在薄膜铝转变时在薄膜铝中产生涡流，因为体铝封装尚未转变，因此尚未屏蔽。这些涡流被捕获在$1.2 \, \mathrm{K}$下方的铝封装内，并最终在薄膜超导谐振器中产生低的内部品质因数。我们表明，通过控制的磁场的强度时，薄膜过渡，我们可以控制内部的品质因数的谐振器。我们还比较了存在涡流和不存在涡流的噪声性能，发现除了放大器噪声增加之外，没有证据表明存在额外的噪声，而放大器噪声的增加是随着损耗的增加而预期的。
2016-09-20 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
High-precision polarization measurements with Lumped Element Kinetic Inductance Detectors
本研究验证了由45度外部线偏振器分隔的两组满阵列LEKIDs在100 mK稀释制冷机及Martin-Puplett干涉仪等实验条件下，能以6.5角分不确定度重建偏振角，满足下一代CMB实验要求。
2025-06-30 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
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
Lumped element kinetic inductance detectors maturity for space-borne instruments in the range between 80 and 180 GHz
这项工作的目的是给我们的LEKID在毫米波长（从80到180 GHz）的性能的最先进的知识。我们评估了它们在典型背景条件下的光学灵敏度以及它们与电离粒子的相互作用。两个LEKID阵列，最初设计用于地面应用，每个由几百个像素组成，工作在100和150 GHz的中心频率（$Δν/ ν$约0.3）。它们的灵敏度已经在实验室中使用专用的闭环100 mK稀释低温恒温器和天空模拟器进行了表征，从而可以再现逼真的太空观测条件。通过将LEKID阵列暴露于α粒子（$^{241}$ Am）和X源（$^{109}$ Cd）来评估宇宙射线的影响，所述α粒子和X源的读出采样频率类似于用于普朗克HFI的读出采样频率（约200 Hz），并且还具有高分辨率采样水平（高达2 MHz），以便更好地解释和解释所观察到的毛刺。与此同时，我们已经开发了一个分析模型，将结果重新调整为在第二拉格朗日点处由这样的LEKID阵列观察到的结果。
2016-05-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Improved Modeling of Quasi-Static Thermal and Optical Response of Lumped-Element Aluminum Manganese KIDs
California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Shanghai Normal University（上海师范大学）；National Astronomical Observatories of China（中国科学院国家天文台）；Korea Advanced Institute for Science and Technology（韩国科学技术院）；University of the Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
针对莱顿查扬托望远镜NEW-MUSIC的铝锰KIDs，改进BCS理论建模技术（消除复电导率解析近似）并测试能隙展宽参数，减少拟合参数简并性，为90 GHz波段应用提供优化方向。
2025-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
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
Reducing the susceptibility of lumped-element KIDs to two-level system effects
通过天线耦合传输线光耦合的集总元件动态电感探测器（LEKID）阵列是未来宇宙微波背景（CMB）实验的一个有希望的候选者。然而，已知用于微带架构的介电材料会降低超导谐振器的性能。在本文中，我们探讨了微带耦合到LEKID的可行性，重点是对沉积非晶氮化硅对LEKID的影响进行了系统的研究。LEKID的电感和电容区域在空间上分离，使我们能够改变介质覆盖的程度，并确定微带耦合架构的限制。我们表明，通过仔细地去除电介质的高电场在电容器的区域，有一个部分覆盖的集总元件谐振器的介电损耗角正切的最小退化。我们提出的谐振频率和噪声功率谱密度的影响，并使用暗响应，提供了一个估计所得的检测器的灵敏度。
2020-08-06 astro-ph.IM
Low-Frequency Noise Performance of Microstrip-Coupled Lumped-Element Aluminum KIDs using Hydrogenated Amorphous Silicon Parallel-Plate Capacitors for NEW-MUSIC
California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；National Astronomical Observatories of China（中国科学院国家天文台）；University of the Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究用于NEW-MUSIC的微带耦合集总元件铝基动能电感探测器低频噪声，通过测量发现黑暗及光学负载下噪声特性，对a-Si:H材料低频TLS噪声设限，证明该探测器设计受光子噪声限制，a-Si:H PPC-KIDs是可行新技术。
2026-07-09 astro-ph.IM
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
Tunable sub-gap radiation detection with superconducting resonators
我们已经制作了平面非晶氧化铟超导谐振器（$T_c\sim2.8$ K）是敏感的频率选择性辐射在7至10 GHz的范围内。这些值远低于超导能隙的两倍，超导能隙大约为200 GHz。光子检测包括基本共振频率的偏移。我们发现，可以通过调制超导谐振器的总长度来调节检测到的频率。我们将这些观测结果归因于高阶共振模式的激发。基波集总谐振和高阶分布谐振之间的耦合是由于动态电感与电流的非线性。这些设备，我们称之为子间隙动态电感检测器（SKID），是区别于标准的动态电感检测器（KID），其中准粒子时，入射光打破库珀对产生。
2018-02-28 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.app-ph
Design of Dual-Polarization Horn-Coupled Kinetic Inductance Detectors for Cosmic Microwave Background Polarimetry
绘制宇宙微波背景的偏振图，正在产生关于宇宙起源、宇宙再电离和宇宙结构增长的令人兴奋的数据。千像素阵列代表了目前的技术水平，但需要在探测器技术方面取得进展，以实现未来测量所需的更大探测器阵列。在这里，我们提出了一种设计单波段双极化动力学电感检测器（KID）在20%的带宽集中在145，220和280 GHz。检测和读出系统几乎与最近由一些作者建造和测试的成功的光子噪声限制的铝集总元件KID相同。制作大型焦平面阵列的馈电喇叭和四分之一波长backshorts只需要传统的精密加工。由于探测器和读出线仅由SOI晶片上的单个图案化铝层组成，因此可以在商业上或在标准的大学洁净室中构建探测器阵列。
2015-03-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Design Method of Quasi-Lumped Element Bandpass Filters Using Superconducting Coplanar Waveguide for Millimeter-Wave Multichroic Imaging
RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)（日本国立天文台）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；University of Electro-Communications（电波大学）；Kitami Institute of Technology（北见工业大学）
提出一种基于共面波导几何结构的准集总元件带通滤波器设计方法，通过放宽元件尺寸至四分之一波长，实现了150、220和270 GHz的8阶切比雪夫带通滤波器及三工器，并验证了其有效性。
2026-07-08 astro-ph.IM physics.ins-det
On-chip filled array hyperspectral kinetic inductance detectors (FHYKID) for line intensity mapping
Univ.Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内伊研究所）；Groupement d’Interêt Scientifique KID（KID科学利益集团）
该研究开发了用于线强度测绘的片上填充阵列高光谱动力学电感探测器FHYKID，可用于红移z=7-8的[CII]线测绘，将作为NIKONA仪器的通道之一安装在IRAM 30米望远镜上。
2026-10-09 astro-ph.IM
Kinetic Inductance Detectors and readout electronics for the OLIMPO experiment
动力学电感探测器（KID）是一种用于天体物理学和粒子物理学的低$-$温度探测器。我们已经开发了集总元件KID（LEKID）阵列敏感的微波光子，优化了四个喇叭耦合焦平面的OLIMPO球载望远镜，工作在以150 GHz，250 GHz，350 GHz和460 GHz为中心的光谱波段。其目的是测量一些星系团的Sunyaev-Zel'dovich效应的光谱，并将在类似太空的环境中验证LEKID技术。我们的探测器是最佳的中间背景水平，由于存在的残余气氛和室温光学系统，它们的工作温度为0.3 K。LEKID平面超导电路被设计为在100和600 MHz之间谐振，并且匹配馈送波导的阻抗;谐振器的测量品质因数在$10^{4}-10^{5}$范围内，并且它们已经被调谐以获得所需的动态范围。读出电子设备由$cold$ $part$和$room-temperature$ $part$组成，前者包括低噪声放大器、直流$-$模块、同轴电缆和功率衰减器，后者基于FPGA $-$，包括上变频和下变频微波组件（IQ调制器、IQ解调器、放大器、偏置T形三通、衰减器）。在这方面的贡献，我们描述了优化，制造，表征和验证的OLIMPO探测器系统。
2019-04-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Kinetic Inductance Detectors for the OLIMPO experiment: in--flight operation and performance
我们报告的性能的集总-元素动态电感探测器（KID）阵列的毫米和亚毫米波长，在0.3K的平流层飞行过程中的OLIMPO有效载荷，在37.8公里的高度。我们发现，探测器可以在飞行中调整，它们的性能是强大的辐射背景变化，由于不同的望远镜仰角。我们还发现，在飞行中的探测器的噪声等效功率显着降低相对于在实验室中测量的，接近光子噪声限制的性能。初级宇宙射线穿过探测器的效果被认为是一致的预期电离能损失与声子介导的能量转移从电离位点的谐振器。在OLIMPO探测器阵列中，在浮动状态下，宇宙射线事件对所有阵列的所有像素的探测器采样的影响小于4%，对大多数像素的采样的影响小于1%。这些结果也代表了在具有类似KID和仪器环境的卫星任务中，人们可以从初级宇宙射线中期望得到的结果。
2019-02-24 astro-ph.IM
Bi-layer Kinetic Inductance Detectors for space observations between 80-120 GHz
我们研制了集总元件动态电感探测器（LEKID），灵敏度在80 ~ 120 GHz。在这项工作中，我们利用所谓的邻近效应，以减少超导能隙的铝，否则强烈抑制LEKID响应小于100 GHz的频率。我们设计、生产和光学测试了基于铝（Al）和钛（Ti）多层组合的各种完全多路复用阵列。他们的灵敏度已被测量使用一个专用的闭环100 mK稀释低温恒温器和天空模拟器允许再现现实的观测条件。用Martin-Puplett干涉仪测量了其在THz波段的光谱响应，分辨率为3~GHz。我们证明，Ti-Al LEKID可以达到约$1.4$ $10^{-17}$ ~ $W/Hz^{0.5}$（最佳像素）或$2.2$ $10^{-17}$ ~ $W/Hz^{0.5}$（当在整个阵列上平均时）的光学灵敏度。光学背景被设置为每像素大约0.4 pW，这是未来空间观测站在这一特定波段的典型值。其性能接近于100~GHz时CMB光子噪声极限的两倍灵敏度，这推动了普朗克HFI仪器的设计。这一数字仍然是下一代毫米波空间卫星的基线。
2015-04-01 astro-ph.IM
CCAT: Magnetic Sensitivity Measurements of Kinetic Inductance Detectors
National Institutes of Standards and Technology（国家标准与技术研究院）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Dalhousie University（达尔豪斯大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Duke University（杜克大学）
CCAT利用三种不同KID设计在100mK下测量磁灵敏度，探讨其对望远镜运行的影响。
2026-02-16 astro-ph.IM physics.ins-det
A superconducting focal plane array for ultraviolet, optical, and near-infrared astrophysics
微波动力学电感探测器（MKID）已被证明是一种强大的低温探测器技术，因为它们具有灵敏度，并且可以轻松地将它们多路复用到大型阵列中。MKID是基于光刻微谐振器中的光子可变超导电感的能量传感器，并且能够用作跨越电磁波谱的光子探测器以及粒子探测器。在这里，我们描述了第一次成功的努力，创造一个光子计数，能量分辨紫外线，光学和近红外MKID焦平面阵列。这些新的光学集总元件（OLE）MKID阵列与电荷耦合器件（CCD）等半导体探测器相比具有显着的优势。它们可以计数单个光子，基本上没有错误计数，并以良好的量子效率确定每个光子的能量和到达时间。它们的物理像素大小和最大计数率与大型望远镜非常匹配。这些能力使强大的新天体物理仪器能够从地面和空间使用。MKID最终可以取代大多数天文仪器的半导体探测器，并将用于其他学科，如量子光学和生物成像。
2011-11-30 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Total power horn-coupled 150 GHz LEKID array for space applications
我们已经开发了两个阵列的集总元件动力学电感探测器工作在D波段，并优化了低辐射背景条件的卫星任务，旨在精确测量的宇宙微波背景（CMB）。第一个探测器阵列对通过单模波导和波纹馈电喇叭耦合的入射辐射的总功率敏感，而第二个探测器阵列对辐射的偏振敏感，这要归功于正交模换能器。在这里，我们专注于总功率检测器阵列，这是合适的，例如，用于精确测量非偏振光谱失真的CMB，其中检测两个偏振提供了灵敏度的优势。我们描述了优化的阵列设计，制造和包装，黑暗和光学特性，以及用于光学测试的黑体校准器的性能。我们表明，几乎所有的阵列的探测器是光子噪声限制下的辐射背景下的3.6 K黑体。这一结果，再加上OLIMPO飞行所证明的对宇宙射线命中的弱灵敏度，证实了将集总元件动态电感探测器用于精确的天基CMB任务的想法。
2022-06-10 astro-ph.IM physics.ins-det
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
The Detector System for the Stratospheric Kinetic Inductance Polarimeter (SKIP)
平流层动力感应旋光仪是一个拟议的气球实验，目的是通过从瑞典基律纳发射观测北半球1 133平方度的天空，研究宇宙微波背景、宇宙红外背景和银河尘埃排放。该仪器包含2317单极化，喇叭耦合，铝集总元件动态电感检测器（LEKID）。LEKID将使用绝热退磁制冷机保持在100 mK。偏振计在两种配置中操作，一种对以150 GHz为中心的频谱带敏感，另一种对260和350 GHz频带敏感。探测器读出系统基于ROACH-1板，探测器将被偏置到300 MHz以下。探测器阵列由F/2.4交叉德拉戈内望远镜与500 mm的孔径产生15弧分半高宽光束在150 GHz。为了最大限度地减少探测器负载并最大限度地提高灵敏度，整个光学系统将被冷却到1 K。线性偏振的天空信号将被安装在望远镜孔径处的金属网半波片调制，并由超导磁轴承旋转。观测计划包括至少两次为期五天的飞行，从150 GHz观测开始。
2014-01-05 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
A first demonstration of active feedback control and multi-frequency imaging techniques for kinetic inductance detectors
本文首次演示了基于RF-ICE平台的多频成像技术，并开发了闭环负电准粒子反馈算法，用于在负载变化时维持动感电感探测器的谐振频率，以改善线性度并解决失真、不均匀性和串扰问题。
2024-06-24 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
In-situ control of the resonant frequency of kinetic inductance detectors with multiplexed readout
本文提出利用读出电流和迟滞双稳态特性原位改变并维持动态电感探测器（KIDs）谐振频率的方法，通过集总元件电路模型验证了非热机制导致的电抗响应，为快速主动频率控制奠定基础。
2025-06-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Parallel-Plate Capacitor Titanium Nitride Kinetic Inductance Detectors for Infrared Astronomy
本文介绍用于红外天文学的平行板电容器氮化钛动力学电感探测器，通过设计、光学性能和准粒子寿命测量，验证了其在25微米波长下达到光子噪声极限，NEP约为7.4×10^-17 W/√Hz。
2023-12-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Kinetic Inductance Detectors for the OLIMPO experiment: design and pre-flight characterization
我们设计，制造，并表征了四个阵列的喇叭耦合，集总元件动态电感探测器（LEKID），优化工作在光谱波段的气球载OLIMPO实验。OLIMPO是一个2.6米口径的望远镜，旨在对Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应进行光谱测量。OLIMPO还将在具有代表性的空间环境中验证LEKID技术。校正后的焦平面填充有衍射受限喇叭耦合KID阵列，在150、250、350和460 $\:$ GHz处分别具有19、37、23、41个有源像素。在这里，我们报告的全部电气和光学特性进行这些探测器阵列飞行前。在一个黑暗的实验室低温恒温器，我们测量了谐振器的电参数，如品质因数和电响应，在300 $\:$ mK的基础温度。对于150、250、350和460 $\:$ GHz阵列，测得的平均谐振器$Q$分别为1.7 $\times{10^4}$、7.0 $\times{10^4}$、1.0 $\times{10^4}$和1.0 $\times{10^4}$。谐振时的平均电相位响应率为1.4 $\:$ rad/pW、1.5 $\:$ rad/pW、2.1 $\:$ rad/pW和2.1 $\:$ rad/pW; 12 Hz时的电噪声等效功率为45 $\:\rm{aW/\sqrt{Hz}}$、160 $\:\rm{aW/\sqrt{Hz}}$、80 $\:\rm{aW/\sqrt{Hz}}$和140 $\:…
2019-04-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Kilopixel Performance of the Kinetic Inductance Detectors for the Terahertz Intensity Mapper
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
该研究表征了TIM项目864像素LEKID阵列中490个谐振器的性能，验证了其在千像素规模下达到光子噪声限制灵敏度，中位NEP为1.1e-17 W/√Hz，光学效率约0.67，主要挑战在于音调优化与谐振器跟踪。
2026-10-09 astro-ph.IM physics.ins-det
LEKID sensitivity for space applications between 80 and 600 GHz
我们报告的设计，制造和测试的集总元件动态电感探测器（LEKID）的性能符合下一代空间望远镜的要求，在80至600 GHz的光谱范围内工作。这个范围对于宇宙微波背景（CMB）研究特别有意义。为此，我们设计并制造了100像素阵列，覆盖五个不同的波段。这些晶片已经通过多路复用进行测量，其中使用单对线读出整个阵列。我们采用了一个定制的冷黑体安装在探测器的前面，并在1 K和20 K之间的温度调节。我们将在本文中描述的主要设计考虑，制造过程中，测试和数据分析。
2020-06-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Development of dual-polarization LEKIDs for CMB observations
我们讨论的设计考虑和初始测量阵列的双极化，集总元件动态电感探测器（LEKID）名义上设计的宇宙微波背景（CMB）的研究。探测器是喇叭耦合的，每个阵列元件包含两个单极化LEKID，它们由薄膜铝制成，并针对以150 GHz为中心的单一光谱波段进行了优化。我们正在开发两种阵列架构，一种基于160微米厚的硅晶片，另一种基于具有30微米厚的器件层的绝缘体上硅（SOI）晶片。20个元件的测试阵列（40 LEKID）的特点是与线性极化的电子毫米波源和热源。我们目前的初步测量，包括噪声谱，噪声等效温度，和响应度。我们将讨论未来的测试和进一步的设计优化。
2016-07-12 astro-ph.IM
Development of MKIDs in the Optical and Near-infrared Bands for SPIAKID
本文介绍了面向SPIAKID的光学与近红外波段MKID阵列的设计与仿真，并通过30×30像素测试阵列验证了设计与制造工艺，测得最佳能量分辨本领为2.4。
2023-11-18 astro-ph.IM
A Titanium Nitride Absorber for Controlling Optical Crosstalk in Horn-Coupled Aluminum LEKID Arrays for Millimeter Wavelengths
我们讨论的氮化钛（TiN）网吸收器的设计和测量性能，我们正在开发用于控制毫米波长的喇叭耦合集总元件动态电感探测器阵列中的光学串扰。这种吸收剂被添加到熔融石英抗反射涂层上，该涂层附着在先前表征的20元件LEKID原型阵列上，该原型阵列由硅基板上的薄膜铝制成。为了测试TiN串扰吸收器，我们比较了具有和不具有TiN网格的LEKID阵列的测量响应和噪声特性。对于该测试，LEKID用可调节的非相干电子毫米波源照明。我们的测量结果表明，在LEKID阵列与TiN吸收体的光学串扰平均减少了66%，所以该方法是有效的，是一个可行的候选人，为未来的千像素阵列。
2015-12-06 astro-ph.IM
Quasiparticle Generation-Recombination Noise in the Limit of Low Detector Volume
本文通过测量不同体积铝集总元件动电感中的准粒子产生-复合噪声，揭示了噪声幅度随探测器体积减小而降低的规律，并观察到低温下准粒子密度饱和现象。
2023-04-03 astro-ph.IM
CONCERTO : Digital processing for finding and tuning LEKIDs
本文介绍了集总元件动态电感探测器（LEKID）的在线探测算法。LEKID是用于天文学的毫米波长探测器。LEKID阵列目前在不同的仪器中运行：西班牙IRAM望远镜的NIKA2，特内里费岛泰德天文台望远镜的KISS，智利APEX 12米望远镜的CONCERTO。LEKID是超导微波谐振器，能够检测毫米波长的入射光，并且它们非常适合频率复用（目前在单个微波波导上高达360个像素）。然而，它们用于天文观测需要特定的读出和采集系统，以处理仪器和多路复用的复杂性，并适应观测要求（例如快速采样率，背景变化，在线校准，光度精度等）。本文介绍了从识别每个LEKID的谐振频率到连续自动控制由背景变化引起的漂移LEKID谐振频率的不同处理步骤。
2022-09-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Mexico-UK Sub-millimeter Camera for AsTronomy
MUSCAT是一种大幅面毫米波相机，计划于2018年安装在大型毫米波望远镜阿方索·塞拉诺（LMT）上。MUSCAT焦平面是基于一个阵列的喇叭耦合集总元件动态电感探测器优化耦合到1.1毫米的大气窗口。探测器采用全反射式光学器件，以最大限度地减少杂散光污染。这种组合将在LMT的整个4弧分视场内实现1.1 mm的背景限制性能。容易接近的焦平面将被冷却到100 mK的新的封闭循环微型稀释冰箱，允许完全连续操作。MUSCAT仪器将通过两个相对较短的科学方案展示LMT的科学能力，在最初的观测活动之后，对以前用Herschel空间观测站观测到的银河和河外源进行高分辨率的后续观测。在本文中，我们将提供整体仪器设计的概述以及LMT进度和计划安装的更新。
2018-06-27 astro-ph.IM
An Open Source, FPGA-based LeKID readout for BLAST-TNG: Pre-flight Results
我们提出了一个高频率多路复用读出的大型超导探测器阵列，用于下一代球载和天基亚毫米和远红外任务。我们将在即将到来的NASA下一代机载大孔径亚毫米望远镜（BLAST-TNG）上展示这项技术，以测量250，350和500微米波长的银河尘埃的偏振发射。BLAST-TNG接收器集成了第一个集总元件动态电感探测器（LeKID）阵列以及第一个微波多路复用读出电子设备，可在类似太空的环境中飞行，并将显着推进这些技术的TRL。在BLAST-TNG飞行之后，我们将继续改进探测器和读出电子设备的性能，用于下一代球载仪器和未来的FIR勘测器。
2016-11-16 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Low Noise Titanium Nitride KIDs for SuperSpec: A Millimeter-Wave On-Chip Spectrometer
SuperSpec是一种新型的片上光谱仪，我们正在开发的多目标，中等分辨率（R = 100 - 500），大带宽（~1.65：1）的亚毫米和毫米高红移星系的调查光谱。该谱仪采用滤波器组结构，由一系列半波谐振器组成，这些谐振器由光刻图案化的超导传输线形成。由每个谐振器接纳的信号功率由在100 - 200 MHz下操作的集总元件氮化钛（TiN）动态电感检测器（KID）检测。我们已经测试了一种新的原型设备，该设备实现了目标R = 100的分辨率，并且比以前的设备具有更好的检测器灵敏度和光学效率。我们采用了一种新的方法来测量光子噪声使用相干和热辐射源干净地分离散粒和波噪声的贡献。我们报告了探测器NEP的上限为$1.4\times10^{-17}$ W Hz $^{-1/2}$，在地基R=100光谱仪的光子噪声限制NEP的10%以内。
2015-11-14 astro-ph.IM
Development of Aluminum LEKIDs for Balloon-Borne Far-IR Spectroscopy
我们正在开发集总元件动力学电感探测器（LEKID），旨在实现平流层气球上的远红外（FIR）光谱背景有限的灵敏度。用于远红外探测的太赫兹光谱机载接收器（STARFIRE）将通过观测[CII] 158 $μ$ m和在$z=0.5-1.5$的其他原子精细结构跃迁，研究尘埃星系的演变，既通过直接观测单个发光红外星系，也通过使用线强度绘图技术进行盲测。光谱仪将需要具有$1 \times 10^{-17}$ W Hz $^{-1/2}$的NEP的双偏振敏感探测器的大格式（$\sim$ 1800探测器）阵列。低体积LEKID由沉积在晶体硅晶片上的单层铝（20 nm厚）制成，谐振频率为$100-250$ MHz。电感器是线宽为0.4 $μ$ m的单弯折，以栅格图案化以吸收两个偏振中的光功率。弯曲耦合到圆形波导，由圆锥形喇叭天线馈电。小阵列原型的初始测试已经证明了良好的成品率和$4 \times 10^{-18}$ W Hz $^{-1/2}$的中值NEP。
2018-04-16 astro-ph.IM
Noise Optimization for MKIDs with Different Design Geometries and Material Selections
本文分析了MKID几何形状和材料选择对噪声性能的影响，提取并表征了双能级系统噪声、产生-复合噪声和系统白噪声的来源，验证了通过改变电容器间隙、温度和电感器体积可优化噪声，且不同材料实验结果与物理模型相符。
2023-04-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Microfabrication technology for large LEKID arrays : from NIKA2 to future applications
集总元件动态电感检测器（LEKID）在NIKA（新IRAM KID阵列）仪器中表现出完全成熟。这些结果允许直接比较LEKID与其他竞争技术（TES，掺杂硅）在毫米和亚毫米范围内的性能。为了满足新仪器的要求，正在不断努力改进微制造技术和概念。更准确地说，未来专门用于CMB（宇宙微波背景）研究的卫星将需要相同的焦平面技术，以覆盖至少60至600 GHz的频率范围。迄今为止，为NIKA开发的铝LEKID已经在实际望远镜条件下证明了在120-300 GHz频段内接近光子噪声限制的性能。通过实施超导双层，我们最近展示了LEKID阵列在80-120 GHz范围内工作，灵敏度接近CMB任务的目标。NIKA本身（350像素）之后是一个更雄心勃勃的项目，需要数千（3000-5000）像素。NIKA 2已于2015年10月安装在IRAM 30米望远镜上。我们将详细描述技术改进，允许相对无害的10倍放大像素计数，而不会降低初始灵敏度。特别地，我们将简要地描述一种解决方案，以简化与共面波导中的槽线传播模式相关联的困难的制造步骤。
2016-01-15 astro-ph.IM
Status of SuperSpec: A Broadband, On-Chip Millimeter-Wave Spectrometer
SuperSpec是一种新型的片上光谱仪，我们正在开发的多目标，中等分辨率（R = 100 - 500），大带宽（~1.65：1）的亚毫米和毫米高红移星系的调查光谱。该谱仪采用滤波器组结构，由一系列半波谐振器组成，这些谐振器由光刻图案化的超导传输线形成。由每个谐振器接纳的信号功率由在100-200 MHz下操作的集总元件氮化钛（TiN）动态电感检测器（KID）检测。我们已经测试了一种新的原型设备，它比以前的设备更敏感，更容易制造。我们提出了一个代表性的R=282通道在f = 236 GHz的表征，包括光谱仪检测效率的测量，在大范围的光负载的检测器响应度，和整个系统的光效率。我们概述了对当前系统的未来改进，我们预计将能够构建光子噪声限制R=100的滤波器组，适用于再电离时期针对[CII] 158微米跃迁的线强度映射实验
2015-01-10 astro-ph.IM
Design of a Six-band, 2.4-Octave (80--420 GHz) Hierarchically Summed Phased-Array Slot-Dipole Antenna Array for NEW-MUSIC
Shanghai Normal University（上海师范大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
针对下一代扩展波长多波段亚毫米波电感相机（NEW-MUSIC），本文设计了覆盖80--420 GHz的六频段分层求和相控阵缝隙偶极子天线阵列，集成滤波器组实现宽带覆盖与频段定义，满足多科学目标观测需求。
2025-11-12 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Dark characterization of Ti/Al LEKIDs for the search of axions in the W-band
本研究对用于W波段轴子搜寻的钛/铝双层LEKIDs开展暗态电学表征，结合Mattis-Bardeen分析与噪声光谱测得最小电学NEP为3e-19 W/Hz^0.5，发现准粒子寿命偏离BCS定律，为CADEx实验的超灵敏探测器研发奠定基础。
2025-10-02 astro-ph.IM physics.ins-det
In-flight performance of the LEKIDs of the OLIMPO experiment
我们描述的喇叭耦合集总元件动态电感探测器阵列的球载OLIMPO实验在飞行中的性能。这些阵列被设计为匹配OLIMPO的光谱波段：150，250，350和460 GHz，并且在2018年夏季OLIMPO有效载荷的平流层飞行期间，它们在0.3 K和37.8 km的高度下运行。在飞行的最初几个小时，我们调整了探测器，并验证了它们在辐射背景变化下的大动态，这是由于望远镜的仰角增加和插入式室温差分傅里叶变换光谱仪到光学链中。我们已经发现，探测器的噪声等效功率接近光子噪声的限制，并低于在地面上测量。此外，由于初级宇宙射线撞击阵列导致的数据污染对于所有阵列的所有像素小于3%，并且对于大多数像素小于1%。这些结果可以被认为是在代表性空间环境中验证KID技术的第一步。
2020-02-10 astro-ph.IM physics.ins-det
High-Efficiency Broadband Mid-Infrared Absorption in Asymmetrically Matched Metallic Meanders: Development of Ti40V60 Alloy based LEKIDs for Mid-Far IR
Raja Ramanna Centre for Advanced Technology（拉贾·拉曼纳高级技术中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）
提出一种无背腔的LEKID吸收器结构，通过匹配曲折线方阻与硅衬底波阻抗抑制反射，并利用亚波长周期束缚倏逝波抑制透射，实现12.5-30微米波段50%-90%的宽带吸收，简化焦平面阵列制备。
2026-06-08 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
MUSCAT focal plane verification
墨西哥-联合王国亚毫米天文照相机（MUSCAT）是在1.1毫米波段工作的第二代大幅面连续照相机，将安装在墨西哥50米直径的大毫米望远镜上。该仪器的焦平面由1458个喇叭耦合集总元件动态电感探测器（LEKID）组成，平均分为六个通道，沉积在三个硅片上。在这里，我们提出了在实验室的MUSCAT焦平面的完整表征的初步结果。通过仪器的读出系统，我们进行频率扫描的阵列，以确定谐振频率，和连续的时间流采集测量和测量的固有噪声和1/f膝的检测器。随后，通过再成像透镜和黑体点源，映射每个探测器的光束，获得平均半高宽尺寸为$\sim$ 3.27 mm，接近预期的3.1 mm。然后，通过改变光束填充黑体源的强度，我们测量了每个探测器在300 K光负载下的响应度和噪声功率谱密度（PSD），得到了噪声等效功率（NEP），用它验证了大多数探测器是光子噪声受限的。最后，我们用傅里叶变换光谱仪（FTS）测量了仪器的光谱响应，结果表明，如预期的那样，带宽为1.0- 1.2mm，中心为1.1mm。
2020-12-09 astro-ph.IM
WSPEC: A waveguide filter-bank focal plane array spectrometer for millimeter wave astronomy and cosmology
毫米波段的成像和光谱学是天文学和宇宙学的关键前沿。具有中等光谱分辨率（R=50-200）的大面积光谱测量将用于通过在CO旋转跃迁等发射线上的强度测绘测量来表征大尺度结构和恒星形成。这种巡天还将用于研究SZ效应，并将探测单个物体的发射谱线和连续谱。WSPEC是针对这些科学目标提出的一种工具。它是一种在矩形波导中实现的信道化光谱仪，使用传统的高精度金属加工制造。每个光谱仪都通过一个加工的馈电喇叭与自由空间耦合，这些设备被平铺成一个2D阵列，以填充望远镜的焦平面。探测器将是铝集总元件动态电感探测器（LEKID）。为了瞄准CO线和SZ效应，我们将在135-175 GHz和190-250 GHz处具有频带，每个奈奎斯特采样在R~200分辨率下。在这里，我们讨论的仪器概念和设计，并成功的初步测试的WR 10（即90 GHz）的原型光谱仪。我们最近测试了WR 5（180 GHz）原型，以验证该概念在更高频率下的工作原理，并设计了一种谐振背短路结构，可以进一步提高光学效率。我们正在努力将光谱仪与LEKID阵列相结合，并将原型设备部署到望远镜中以获得第一束光。
2015-09-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Design and experimental investigation of a planar metamaterial Silicon based lenslet
下一代的地面宇宙微波背景实验将需要偏振敏感的，多色像素的大焦平面，包括几千个探测器在光子噪声限制。实现这一目标的一种方法是将来自望远镜的光耦合到连接到超导双工器网络的偏振敏感天线结构，其中所需的频带在被馈送到单个超灵敏检测器（例如过渡边缘传感器）之前被过滤。传统上，由喇叭天线、平面相控天线或抗反射涂层微透镜构成的阵列被放置在平面天线结构的前面，以实现有效耦合到望远镜光学器件所需的增益。本文介绍了一种相位工程超材料平板微透镜的设计概念和初步的性能测试分析。平面透镜设计固有地与自由空间相匹配，避免了抗反射涂层的必要性。它可以光刻制造，使缩放到大格式阵列相对简单。此外，该技术与生产大尺寸集总元件动态电感检测器阵列所需的制造工艺兼容，该检测器阵列已经证明了所需的灵敏度以及1000级检测器/通道的复用比。
2021-04-30 astro-ph.IM physics.ins-det
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
