Interplay between phonon downconversion efficiency, density of states at Fermi energy, and intrinsic energy resolution for microwave kinectic inductance detectors
微波动力学电感探测器（MKIDS）是一种新的单光子探测工具。这些高度多路复用的超导设备为每个探测到的光子提供定时和能量测量。然而，MKID单光子光谱学的全部潜力还没有得到充分发挥，实现的能量分辨率低于第一原理的预期。在这里，我们研究的效率在声子下转换过程中的高能光子的吸收MKID。假设先前公开的材料性质，我们测量三个TiN谐振器的平均下转换效率为$η$ =0.14。我们讨论了这种效率如何影响MKID的固有能量分辨率，以及如何在费米能量下的未知电子态密度的任何不确定性直接影响效率估计。
2020-04-07 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
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
An Overview of Potential Medical Applications of Microwave Kinetic Inductance Detectors
Maynooth University（梅努斯大学）；Dublin City University（都柏林城市大学）；INFN sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Universita di Pisa（比萨大学）
本文概述了微波动力学电感探测器（MKIDs）的特性，指出其在医学成像领域的应用潜力，介绍了其在荧光显微镜等四个医学成像领域的优势，并与现有探测器水平进行对比，为其临床研究提供了机会。
2026-08-21 physics.ins-det
Characterization of two-level system noise for microwave kinetic inductance detector comprising niobium film on silicon substrate
微波动态电感探测器（MKID）是一种前沿的超导探测器。它包括一个谐振器电路，该谐振器电路由在电介质衬底上的超导膜构成。为了扩大其应用领域，重要的是要建立一种方法来抑制两个能级系统（TLS）的噪声是由两个能量状态之间的电波动在衬底的表面所造成的。在MKID电路中，可以通过从接地平面（W）扩大带宽度（S）和间隙宽度来减小电场密度，从而允许抑制TLS噪声。然而，这种效果尚未得到证实的MKID与铌膜在硅基板上。在这项研究中，我们证明了它对这种MKID的有效性。我们将电路的尺寸从（S，W）=（3.00 $μ$ m，4.00 $μ$ m）扩展到（S，W）=（5.00 $μ$ m，23.7 $μ$ m），并实现了对TLS噪声5.5 dB的增加抑制。
2022-01-27 physics.ins-det
A measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves
超导探测器是一种应用于各个领域的现代技术。微波动态电感探测器（MKID）是一种前沿的超导探测器。它是基于超导谐振器电路的原理。进入MKID的辐射破坏超导谐振器中的库珀对，并且辐射的强度被检测为谐振条件的变化。因此，检测器响应度的校准，即，谐振相位相对于库珀对断裂（准粒子）的数量的变化是重要的。我们提出了一种响应度校准的方法。用于探测器读出的微波局部地升高了每个谐振器中的温度，这增加了准粒子的数量。由于温度上升的幅度取决于读出微波的功率，准粒子的数量也取决于微波的功率。通过改变读出微波的功率，我们同时测量了准粒子的相位差和寿命。我们计算的准粒子的数量从测量的寿命，并通过使用一个理论公式。这种测量产生作为准粒子数量的函数的相位响应之间的关系。我们证明了这种响应度校准使用MKID保持在285 mK。我们还确认使用这种方法和传统的校准方法的准确性方面获得的结果之间的一致性。
2019-07-08 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
A method to measure superconducting transition temperature of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves
微波动态电感探测器（MKID）是一种前沿的超导探测器，其原理是基于超导谐振器电路。MKID的超导转变温度（Tc）是一个重要的参数，因为各种MKID表征参数都依赖于它，本文提出了一种通过改变读出微波的外加功率来测量MKID的Tc的方法。读出功率的一小部分沉积在MKID中，并且MKID中的准粒子的数量随着该功率而增加。此外，准粒子寿命随准粒子数目的增加而减小。因此，我们可以通过快速改变读出功率来测量准粒子寿命和探测器响应之间的关系。从这个关系，我们估计的内禀准粒子的寿命。该寿命理论上由Tc、MKID器件的物理温度和其他已知参数建模。我们通过比较测量的寿命与使用理论模型获得的寿命来获得Tc。使用MKID制作的铝，我们证明了这种方法在0.3 K的操作。结果与通过监测读出微波的透射率随器件温度的变化而测得的Tc一致。本文提出的方法适用于其他类型，如混合型MKID。
2020-05-15 astro-ph.IM 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
Second Generation Readout For Large Format Photon Counting Microwave Kinetic Inductance Detectors
我们提出了第二代数字读出系统的光子计数微波动力学电感探测器（MKID）阵列工作在光学和近红外波段的发展。我们的系统保留了第一代系统的大部分核心信号处理架构，但具有更高的带宽，能够读出千像素MKID阵列。每组读出板能够读出1024个MKID像素复用超过2 GHz的带宽;两个这样的单元可以并行放置，读出一个完整的2048像素微波馈线超过4 - 8 GHz的频带。在第一代读出，我们的系统是能够识别，分析和记录光子探测事件的实时时间分辨率的顺序为几微秒。在这里，我们描述了硬件和固件，并提出了系统的噪声特性的分析。我们还提出了一种新的算法，有效地抑制IQ混频器边带低于-30 dBc。
2020-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Ultraviolet, Optical, and Near-IR Microwave Kinetic Inductance Detector Materials Developments
我们已经制作了2024像素微波动力学电感探测器（MKID）阵列在紫外/光学/近红外（UVOIR）制度，目前正在使用的天文仪器。为了使MKID对于新型仪器是理想的，需要制造具有近乎完美产率的较大阵列。然而，随着阵列尺寸的增加，由于读出中的频率冲突，成品率百分比常常降低。还必须提高每像素性能，即能量分辨率。我们正在研究如何通过新的超导材料系统和制造技术来减少频率碰撞并提高我们设备的每像素性能。我们目前正在探索两条主要路线。首先，我们试图通过使用原子层沉积而不是更传统的溅射方法来创建更均匀的氮化钛薄膜。此外，我们正在试验用于MKID的全新材料系统，例如硅化铂。
2014-12-01 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Multiplexed Readout for 1000-pixel Arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是远红外和亚毫米天文学最有吸引力的辐射探测器：它们将最终的灵敏度与创建超过10 000像素的超大探测器阵列的可能性相结合。这通过使用RF频分复用读出阵列是可能的，RF频分复用允许每个读出线超过1000个像素的复用比。我们描述了一种新的读出系统的大阵列的MKID，在2 GHz频段的4-8 GHz范围内工作。读出，这是一个数字前端和后端和模拟上下变频器系统的组合，可以读出多达4000个探测器同时与1 kHz的数据速率。该系统实现了读出噪声功率谱密度为-98 dBc/Hz，同时读取1000个载波，这与载波的数量成线性比例。我们证明，4000国家的最先进的铌氮化钛MKID可以读出，而不会恶化其固有的性能。
2016-04-01 astro-ph.IM physics.ins-det
High-uniformity TiN/Ti/TiN multilayers for the development of Microwave Kinetic Inductance Detector
微波动力学电感探测器（MKIDS）是一类同时具有能量分辨率、时间分辨率和空间分辨率的超导低温探测器。MKID阵列的像素产率通常是MKID阵列表征中的关键品质因数。目前，对于用于检测光学和近红外光子的MKID，只有最好的阵列显示出高达75- 80%的像素产率。用于制造MKID阵列的超导膜的均匀性通常被认为是限制阵列的像素产量的主要因素。在本文中，我们将提出的TiN/Ti/TiN多层膜沉积在廷德尔国家研究所的均匀性的数据，并比较这些结果与一个统计模型，评估不均匀性如何影响像素产量的阵列。
2023-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Position and energy-resolved particle detection using phonon-mediated microwave kinetic inductance detectors
我们展示了位置和能量分辨声子介导的检测与微波动力学电感探测器（MKID）阵列的硅衬底中的粒子相互作用。每个传感器中接收到的信号的相对幅度和延迟允许在30 keV下以< 1 mm的精度确定相互作用的位置。利用该位置信息，可以消除探测器响应随位置的变化，并且在30 keV处测量到σ_E = 0.55 keV的能量分辨率。由于MKID可以由单个沉积膜制造，并且在频域中自然地多路复用，因此该技术可以扩展到为~1 kg规模的检测器元件提供高度像素化的非热声子传感器。这种高分辨率的大质量粒子探测器将适用于下一代稀有事件的搜索，例如直接探测暗物质、无中微子双β衰变或相干中微子-核散射。
2012-06-10 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Characterization of sputtered hafnium thin films for high quality factor microwave kinetic inductance detectors
铪是元素超导体，其以六方密堆积结构结晶，具有转变温度$T_{C} \simeq 400 mK$，并且在$90 μΩ. cm$附近具有高正常态电阻率。在微波动力学电感检测器（MKID）中，这些性质是有利的，因为它们允许创建对光学和近红外辐射敏感的检测器。在这项工作中，我们研究如何溅射条件，特别是在沉积过程中施加到目标的功率，影响铪$T_{C}$，电阻率，应力，纹理和优先晶体取向。我们发现，相对于基板的目标的位置强烈影响的取向的微晶在薄膜和内部品质因数，$Q_{i}$，从薄膜制造的MKID。特别地，我们证明了在法向入射角、低压和低等离子体功率下的DC磁控溅射沉积促进了压缩（002）取向膜的生长，并且这种膜可用于制造具有高达600，000的$Q_{i}$的高品质因数MKID。
2020-04-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Compact microwave kinetic inductance nanowire galvanometer for cryogenic detectors at 4.2 K
我们提出了一个紧凑的电流传感器的基础上超导微波集总元件谐振器与纳米线动态电感，工作在4.2 K。该传感器适用于在GHz范围内的大格式阵列的低温探测器的多路复用读出。该装置由一个集总元件谐振电路组成，由单一的4纳米厚的氮化铌超导层制成。因此，与现有技术的方法相比，制造和操作显著简化。由于谐振电路电感耦合到馈电线，所以可以直接注入待测量的电流，而不需要阻抗匹配电路，从而降低了系统的复杂性。使用概念验证器件，我们在10 kHz下测得的电流本底噪声δImin为10 pA/Hz 1/2。此外，我们证明了我们的传感器的能力，以放大脉冲响应的超导纳米线单光子探测器使用GHz范围的载波有效的频分复用。
2017-09-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Large-format platinum silicide microwave kinetic inductance detectors for optical to near-IR astronomy
我们已经制造并表征了10，000和20，440像素的微波动力学电感探测器（MKID）阵列，用于暗斑近红外能量分辨超导分光光度计（DARKNESS）和MKID系外行星相机（MEC）。这些仪器被设计成位于自适应光学系统后面，目标是在800-1400 nm波段直接对系外行星成像。以前的大型光学和近红外MKID阵列是使用硅衬底上的亚化学计量氮化钛（TiN）制造的。然而，这些阵列在TiN临界温度中遭受严重的不均匀性，导致共振偏离其设计值并降低可用的检测器产量。我们已经开始在蓝宝石上使用硅化铂（PtSi）代替TiN来制造DARKNESS和MEC阵列。这些阵列不仅具有比TiN阵列高得多的均匀性，从而导致更高的像素产量，而且它们已经证明比类似设计的TiN MKID更好的光谱分辨率。PtSi MKID也不显示当用波长短于1 μ m的光子照射硅MKID上的TiN时看到的热像素效应。
2017-10-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Post-fabrication trimming of a 1024-pixel, single-photon counting, Microwave Kinetic Inductance Detector array with a pixel pitch of 150 micron
Space Research Organisation Netherlands (SRON)（荷兰空间研究所）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
针对紧密排列的微波动力学电感探测器阵列，提出制造后修整方法，将频率散布降低两个数量级，良率从76%提升至94%。
2026-09-11 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Demonstrating Single Photon Counting with Kinetic Inductance Detectors from 3.8 to 25 $μ$m
Space Research Organisation Netherlands (SRON)（荷兰空间研究所）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Universität zu Köln（科隆大学）
本研究展示了在3.8至25微米波长范围内使用超导微波动能探测器实现单光子计数，通过优化探测器设计和测量设置提升中红外波段探测性能。
2026-02-26 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Readout of Microwave Kinetic Inductance Detector (MKID) Arrays for Habitable Worlds Observatory Using a Polyphase Filterbank Algorithm
针对HWO大规模MKID阵列读出需求，本文提出在航天级FPGA上部署PFB的定点数字设计方法，以实现资源高效、高精度且可扩展的高分辨率光谱处理。
2025-10-18 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ins-det
Two-level system noise reduction for Microwave Kinetic Inductance Detectors
噪声性能是任何探测器最关键的方面之一。超导微波动态电感探测器（MKID）具有“过量”频率噪声，表现为谐振频率的小的时间依赖性抖动，其特征在于以Hz ^2/Hz为单位测量的频率噪声功率谱。最近的研究表明，这种噪声几乎肯定来源于金属化或衬底上的两能级系统（TLS）缺陷的表面层。由于TLS电偶极矩与谐振器的电场的耦合，这些TLS的波动在谐振器中引入噪声。出于这种噪声机制的半经验定量理论，我们设计并测试了新的谐振器几何形状，其中CPW谐振器的高场“电容”部分被具有10 - 20微米电极间距的叉指电容器（IDC）结构所取代，与我们更传统的CPW谐振器所使用的2微米间距相比。测量结果表明，这种新的IDC设计具有显著降低的TLS噪声，目前在频率噪声功率谱方面降低了约29倍，对应于NEP的约29^（1/2）倍的改进。这些新器件正在我们为MKIDCam进行的下一次设计迭代中取代CPW谐振器。将讨论未来降低TLS噪声的机会和前景。
2009-09-10 cond-mat.supr-con physics.ins-det
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
Surface wave control for large arrays of microwave kinetic inductance detectors
大型超灵敏探测器阵列是当前和未来远红外、亚毫米波（THz）和毫米波天文观测站所需要的。随着阵列尺寸的增加，控制探测器芯片本身内部的杂散辐射（表面波）变得越来越重要。我们证明了这种效果与焦平面阵列的880透镜天线耦合微波动力学电感探测器（MKIDS）。这里提出的是近场测量的MKID的光学响应相对于阵列上的位置的重新成像的光源。我们证明，在这些阵列中的检测器的光学响应饱和关像素在$\sim-30$ dB的水平相比，峰值像素响应。结果是，从像素位置处的点源检测到的功率几乎与在芯片区域上积分的杂散响应相同。由于这样的贡献，将不可能测量扩展源，而点源灵敏度由于杂散负载的增加而降低。然而，我们表明，通过将片上杂散光吸收器，表面波的贡献减少了一个因素$>$ 10。利用片上杂散光吸收器，点源响应接近于低至$\sim-35$ dB水平的模拟，该模拟基于光学器件的理想高斯照明。此外，作为一个交叉检验，我们表明，在阵列中的一个单一的像素与吸收网格的扩展源响应是一致的点源测量的积分。
2017-07-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Mitigation of Cosmic Ray Effect on Microwave Kinetic Inductance Detector Arrays
对于空间天文台，宇宙射线粒子与探测器基底相互作用产生的高能声子引起的毛刺导致观测期间的死区时间。因此，减轻宇宙射线的影响是对未来空间飞行任务中使用的探测器的一项重要要求。为了研究可能的解决方案，我们进行了系统的研究，通过测试四个大阵列的微波动力学电感探测器（MKID），每个组成的$\sim$ 960像素和单片55毫米$\times$ 55毫米$\times$ 0.35毫米硅基板上制造。我们比较宇宙射线相互作用在我们的实验室中不同的探测器阵列的响应：一个标准的阵列，只有MKID阵列作为参考;一个阵列与低$T_c$超导薄膜作为声子吸收体的基板的相对侧;和阵列与MKID膜。该想法是低$T_c$层将声子能量下转换为低于MKID的对断裂阈值的值，并且膜将MKID的敏感部分与在基底中产生的声子隔离。我们发现，死区时间可以减少到一个因素的40时相比，参考阵列。仿真结果表明，在L2或类似的远地轨道上的航天器上运行时，测试的探测器阵列的死时间可以减少到1%以下。这里描述的技术也适用于未来量子计算机的大型超导量子比特阵列，并且非常重要。
2019-01-10 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Kinetic-inductance-limited reset time of superconducting nanowire photon counters
我们研究了在1550 nm波长的光脉冲检测后超导NbN纳米线光子计数器的恢复，并提出了一个模型，定量占我们的观察。复位时间被发现是有限的这些纳米线，这迫使计数率和检测效率或有效面积之间的权衡大的动力学电感。可用的大小和高检测效率的设备被发现具有复位时间的数量级长于其固有的光响应时间。
2005-10-26 physics.ins-det physics.optics
Uniform non-stoichiometric titanium nitride thin films for improved kinetic inductance detector array
我们描述了用于微波动力学电感探测器（mKID）阵列的均匀亚化学计量氮化钛薄膜的制备。使用6英寸溅射靶和均匀氮气入口，在2英寸晶片上的临界温度的变化减小到<25%。从这些薄膜的132像素mKID阵列的测量揭示了16 kHz/pW的灵敏度在100 GHz频段，最好的铝mKID相媲美。我们测得的噪声等效功率为NEP = 3.6e-15 W/Hz^（1/2）。最后，我们描述了进一步提高这些TiN mKID阵列性能的可能途径。
2016-01-07 physics.ins-det
High-speed phonon imaging using frequency-multiplexed kinetic inductance detectors
我们提出了一种利用耦合到一个单一的传输线的频率复用超导谐振器阵列的声子在硅片中的传播测量。电子读出允许完全同步的阵列采样，每谐振器带宽为1.2 MHz，允许子$μ$ s阵列成像。这项技术成就在各种低温应用中可能至关重要，包括单光子计数，量子计算和暗物质搜索。
2010-06-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Widely tunable, non-degenerate three-wave mixing microwave device operating near the quantum limit
我们首次在实验上实现了一个频率可调谐的、非简并的三波混频装置，用于GHz频率的量子信号。它是基于一个新的超导积木组成的四个约瑟夫森结的环分流的四个线性电感的十字架。环的相位配置在穿过环的宽范围的磁通量上保持唯一。因此，可以改变环的电感与通量，同时保持一个强大的，无耗散，和无噪声的非线性。器件工作在放大器模式下，以有限频率下的偏压隧道结噪声谱作为测试信号，对器件的噪声性能进行了评估。测量零点波动和散粒噪声之间的交叉具有前所未有的精度，为器件固有的噪声和耗散提供了上限。
2012-02-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
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
Suppression of radiation loss in high kinetic inductance superconducting co-planar waveguides
我们提出了一种新的芯片上的实验室技术来测量非常低的损耗在超导传输线在（亚）毫米波长。该芯片由100 nm厚的NbTiN共面波导（CPW）法布里-珀罗（FP）谐振器组成，一侧耦合到天线，另一侧耦合到微波动态电感检测器。使用单频辐射源可以测量FP在350 GHz附近的频率响应并推导出其损耗。我们发现，损失占主导地位的辐射损失内的CPW线，形成FP，它随着线宽的减小和增加动力学电感的预期。可以使用SONNET模拟定量地理解结果。对于总宽度为$6\ \mathrm{μm}$的CPW观察到最低损耗，并且对应于$\approx15,000$的Q因子。
2020-04-28 physics.ins-det
Terahertz Transition-Edge Sensor with Kinetic-Inductance Amplifier at 4.2 K
不同的地面太赫兹应用将受益于大型阵列，在液氦温度下在紧凑和廉价的低温冷却器中运行，灵敏度仅受300 K背景辐射的限制。作为THz探测器的电压偏置过渡边缘传感器（TES）具有足够的灵敏度，并且具有许多对于实际应用重要的优点，如响应线性度、高动态范围和简单的校准，但是它需要低噪声电流读出。通常，基于超导量子干涉器件（SQUID）的电流放大器用于读出，但由于操作和制造的复杂性，这种方法的可扩展性受到限制。最近，它已被证明，而不是SQUID，它是可以使用的电流传感器，这是基于非线性的动力学电感的载流超导条。将条带嵌入微波高Q超导谐振器中允许达到足够的电流灵敏度。更重要的是，它是可能的谐振器的方法，以扩大到大型阵列使用频分复用（FDM）在GHz范围。在这里，我们展示了在4.2 K的微波动电感电流放大器的电压偏置TES的操作。我们测量了预期的固有噪声等效功率NEP ~ $5\times 10^{-14} \; \rm W/Hz^{1/2}$，并证实了结合实际TES操作可以达到足够的读出灵敏度。使用新的电流放大器和已经存在的具有改进的热隔离的TES探测器的组合，可以实现在4.2 K下具有改进的灵敏度~ $10^{-15}\; \rm W/Hz^{1/2}$的阵列的构造。
2018-07-02 physics.ins-det
Cryogenic LED pixel-to-frequency mapper for kinetic inductance detector arrays
提出了一种基于发光二极管（LED）的低温晶片测绘仪，用于大型微波动力学电感探测器（MKID）阵列的空间测绘。在该方案中，由DC线寻址并通过喇叭准直到检测器上的LED阵列安装在检测器晶片的前面。通过单独照亮每个LED并扫描所有谐振器的频率响应，我们可以明确地将检测器像素与其测量的谐振频率相对应。我们已经证明了映射一个76.2毫米90像素的MKID阵列使用映射器包含126个LED与16直流偏置线。利用由LED映射器获得的频率与像素位置对应的数据，我们发现在76.2mm晶片上径向位置依赖的频率不均匀性< 1.6%。我们的LED晶圆测绘仪没有移动部件，易于实施。它在超导探测器和量子计算/信息实验中有着广泛的应用。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
On the Homogeneity of TiN Kinetic Inductance Detectors Produced through Atomic Layer Deposition
微波动力学电感探测器（MKID）的临界温度$T_{c}$的不均匀性可能是由超导薄膜沉积过程中的不均匀性引起的。这在MKID的读出中产生低百分比成品率和频率冲突。在这里，我们展示了原子层沉积（ALD）的均匀性。我们报告了一个改进的$T_{c}$的分数变化的TiN MKID与原子层沉积与溅射制造的MKID相比，高达50倍。我们测量了48个谐振器的临界温度。我们提取的MKID的$T_{c}$通过拟合分数谐振频率的谐振器的复电导率。我们观察到属于相同制造工艺的MKID的临界温度的均匀性，对于在不同晶片上制造的MKID，$T_{c}$的最大变化为60 mK。
2019-11-14 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
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
Multiplexed readout of kinetic inductance bolometer arrays
动态电感测辐射热计（KIB）技术是被动式亚毫米波和太赫兹成像系统的候选技术。它的优点包括可扩展到大型2D阵列和在5 - 10 K的温度范围内使用中间低温操作。我们以前已经证明了在设备制造，光学集成和低温方面的可扩展性。在这篇文章中，我们解决了最后一个缺失的成分，读出。串行寻址频率激励（SAFE）的概念，是一种替代全频分复用在微波频率通常用于读出动态电感检测器。我们介绍的概念，并分析的标准，避免退化的信噪比在存在的热抗混叠滤波器固有的热探测器的复用读出。我们提出了一个实用的可扩展实现的读出系统集成到一个原型成像器与8712探测器。这是用于演示读出的噪声特性。此外，我们提出了实际的检测实验与一个站在实验室规模的成像仪。
2019-07-16 physics.app-ph 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
Development of microwave superconducting microresonators for neutrino mass measurement in the HOLMES framework
欧洲研究委员会最近资助了HOLMES项目，该项目旨在对电子中微子质量进行量热测量，测量163 Ho的电子捕获衰变中释放的能量。HOLMES的基线是耦合到过渡边缘传感器（TES）的微量热计，其用rf-SQUID读出，用于微波复用目的。一个有前途的替代解决方案是基于超导微波谐振器，在过去十年中经历了快速发展。这些探测器被称为微波动力学电感探测器（MKID），在频域中具有固有的多路复用特性，适用于更大规模的像素阵列，具有理论上的高能量分辨率和快速响应。我们的活动的目的是开发用于X射线光谱学的微谐振器探测器阵列，并适用于163 Ho能谱的量热测量。由纯钛和化学计量比的TiN层组成的超导多层膜显示出许多理想的MKID特性，例如低损耗、大方块电阻、大动态电感和可调临界温度$T_c$。利用$T_c$研制了Ti/TiN多层膜微谐振器，在70~4.5 K温度范围内具有良好的均匀性。在这方面的贡献，我们提出的设计方案，采用的制造工艺和表征结果。
2016-01-19 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Demonstration of microwave multiplexed readout of DC biased superconducting nanowire detectors
超导纳米线具有光谱覆盖范围广、时间分辨率高等优点，被广泛用作灵敏的单光子探测器。我们描述了一个演示的直流偏置超导纳米线单光子探测器阵列读出的微波复用电路。在该设计中，每个单独的纳米线是谐振LC电路的一部分，其中电感由纳米线的动力学电感支配。该电路还包含两个平行板电容器，其中一个与电感器并联，另一个耦合到微波传输线，该微波传输线将信号传送到低温低噪声放大器。所有的纳米线都通过电阻器连接到单个DC偏置线，该DC偏置线使得纳米线能够被电流偏置接近其临界电流。当光子撞击纳米线时，它会产生一个正常的热点，在LC电路上产生一个电压脉冲。该脉冲在由品质因数固定的时间段内以LC电路的谐振频率振铃下降。我们目前的测量这些设备的阵列和评估其性能的频率和时间响应。
2019-05-16 astro-ph.IM physics.ins-det
SKIFFS: Superconducting Kinetic Inductance Field-Frequency Sensors for Sensitive Magnetometry in Moderate Background Magnetic Fields
我们描述了灵敏的磁力计使用集总元件谐振器从超导薄膜的NbTiN。利用大的动力学电感的超导体，我们证明了一个连续的共振频率偏移的$27$ MHz的磁场变化的$1.8~μ$ T内的垂直背景场为60 mT。通过使用相敏读出的微波传输通过传感器，我们测量相移实时与$1$度/nT的灵敏度。我们目前的测量噪声谱密度的传感器，并发现它们的场灵敏度至少是在一个到两个数量级的超导量子干涉器件工作在零背景场。我们的超导动态电感场频传感器可在至少0.2 T的中等垂直背景场存在下进行实时磁力测量。我们的传感器的应用包括长相干电子自旋共振测量和量子计算中磁场的稳定。
2018-10-11 physics.ins-det quant-ph
Low kinetic inductance superconducting $MgB_{2}$ nanowire photon detectors with a 100 picosecond relaxation time
超导纳米线的特性决定了超导纳米线单光子探测器的性能水平。通常采用的大面积SNSPD的复位时间为5- 10 ns，已知其受到纳米线动态电感的限制。（波导集成）SNSPD防止由于闭锁到永久电阻状态而使它们偏置到接近临界电流。为了减少SNSPD中的复位时间，需要具有低动力学电感和快速电子能量弛豫的超导纳米线。在本文中，我们报道了窄（15- 100 nm）和长（高达120 $μ$ m）超导$MgB_{2}$纳米线提供这样的组合属性。在5 nm厚的$MgB_{2}$膜，使用混合物理化学气相沉积，电子弛豫时间为12 ps，临界温度为32 K，和临界电流密度为5 × $10^{7}$ A/ $cm^{2}$（在4.8 K）。使用微波反射计，我们测量到的动力学电感Lk 0（4.8K）=1.3-1.6 pH/sqr的纳米线的宽度，这导致在磁场穿透深度为90 nm。这些值非常接近原始$MgB_{2}$中的值。对于120 $μ$ m长的纳米线，响应时间仅为100 ps，即以前报道的类似尺寸的NbN纳米线光子探测器的1/80。
2020-10-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
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 current sensor for visible to near-infrared wavelength transition-edge sensor readout
针对可见光至近红外过渡边缘传感器阵列规模化需求，本文提出动电感电流传感器读出技术，其兼容微波频分复用且制造简单，实测3.7MHz带宽下读出噪声1.4pA/√Hz、0.8eV处能量分辨率(0.137±0.001)eV，性能与SQUID相当且可替代之。
2024-11-26 physics.ins-det
Highly Multiplexible Thermal Kinetic Inductance Detectors for X-Ray Imaging Spectroscopy
对于X射线成像光谱学，在大视场上的高空间分辨率通常与高能量分辨率一样重要，但是当前的X射线检测器不能在同一设备中提供两者。热动力学电感探测器（TKID）正在开发中，因为它们提供了一种可行的方法，将过渡边缘传感器的能量分辨率与接近CCD的像素数相结合，从而为许多X射线光谱应用提供了显着的改进。TKID是微波动力学电感探测器（MKID）的一种变体，并具有其多重性：最近已经展示了具有2024像素的工作MKID阵列，并且正在开发更大的阵列。在这项工作中，我们展示了我们的第一个工作TKID原型，它能够在5.9 keV下实现75 eV的能量分辨率，尽管它们的总体设计仍需优化。我们进一步描述了TKID的制造，表征，多路复用和工作原理，并证明了数据拟合算法的必要性，以提取光子能量。通过进一步的设计优化，我们期望能够将我们的TKID能量分辨率提高到5.9 keV时小于10 eV。
2015-06-24 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Multiplexable frequency retuning of MKID arrays using their non-linear kinetic inductance
目前正在为可见光和近红外天文学应用以及亚毫米天文学开发和部署微波动态电感探测器阵列。MKID的主要缺点之一是大型阵列将表现出75 - 80%的像素产量，即单独可区分像素占像素总数的百分比。在制造过程中出现的缺陷可能引起各个谐振器的谐振频率的不受控制的偏移，这可能最终以不同谐振器的相同频率谐振。这使得许多谐振器不可区分，因此无法用于成像。本文提出了一种方法，以单独重新调整碰撞谐振器，以消除简并和增加的MKID的数量与独特的谐振频率。超导薄膜的动态电感是电流相关的，并且是非线性的。尽管这种方法已经被提出，创新的像素设计，在本文中描述，可以解决两个问题，如增加的电磁损耗的直流偏置线，和多个谐振器在一个单一的馈线先前描述的文献。
2022-04-12 astro-ph.IM cond-mat.supr-con 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
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
Significant noise improvement in a Kinetic Inductance Phonon-Mediated detector by use of a wideband parametric amplifier
Washington University in St. Louis（圣路易斯华盛顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Stanford University（斯坦福大学）
本文通过宽带参量放大器显著提高了Kinetic Inductance Phonon-Mediated探测器的噪声性能，展示了在3.5GHz下70MHz带宽内实现约5倍的探测器能量分辨率提升，为构建具有100meV分辨率的声子介导粒子探测器提供了潜力。
2026-05-20 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Electromagnetic Properties of Aluminum-based Bilayers for Kinetic Inductance Detectors
本文利用Usadel方程和Nam表达式计算铝基双层膜的复电导率与态密度，分析拆对阈值等对膜厚的依赖关系，为设计探测低频微波光子和非热声子的KIDs提供理论依据。
2023-04-02 astro-ph.IM physics.ins-det
A 25-micron single photon sensitive kinetic inductance detector
本研究表征了一款25微米波长的动电探测器阵列，验证了其单光子探测能力、宽功率范围内的光子噪声受限特性及高稳定性，并测定了关键工作参数。
2024-05-14 astro-ph.IM physics.ins-det
CCAT-prime: RFSoC Based Readout for Frequency Multiplexed Kinetic Inductance Detectors
弗雷德·杨亚毫米望远镜（FYST）上的Prime-Cam仪器预计将是迄今为止部署的最大的毫米和亚毫米敏感动力电感探测器。为了有效地读出这些阵列，微波频率多路复用读出已被设计为在Xilinx射频片上系统（RFSoC）上运行。与上一代读出系统相比，RFSoC在尺寸、重量、功耗、成本和带宽方面都有了显著改进。我们描述了一个基线固件设计，它可以读出四个独立的RF网络，每个网络具有500 MHz的带宽和1000个检测器，约30 W。整个读出架构是硬件、网关/固件、软件和网络设计的组合。读出要求由7模块Prime-Cam仪器的850 GHz仪器模块驱动。这些要求以及其他限制，导致关键的设计选择突出显示。系统的相位噪声和动态范围的初步测量。
2022-08-15 astro-ph.IM physics.ins-det
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
Electrothermal Feedback in Kinetic Inductance Detectors
在动态电感检测器（KID）和超导微谐振器的其他类似应用中，器件的大信号和小信号行为都可能受到微反馈的影响。用于读出器件的微波功率被超导体准粒子吸收并加热，从而改变超导体的电导率，并因此改变在正反馈回路或负反馈回路中吸收的读出功率。在这项工作中，我们探讨了一个通用的超导微谐振器设备的一个典型的KID的可扩展的理论模型的影响，结合最近的工作超导准粒子和声子之间的功率流。该模型计算器件的大信号（工作点的变化）和小信号行为，使我们能够确定在各种工作条件下反馈对器件响应度和噪声特性的影响。我们还研究了如何从浴热隔离的设备，例如，通过设计的设备上的膜只连接到散装基板的细腿，影响设备的性能。我们发现，在一个典型的设备工作点，正反馈减少了有效的热传导从超导准粒子浴，因此增加了响应信号（对断开）功率，增加了噪声的温度波动，并降低了噪声等效功率（NEP）。类似地，在保持准粒子温度恒定的同时增加器件的热隔离会降低NEP，但也会降低器件的响应带宽。
2017-01-31 astro-ph.IM physics.ins-det
The Canfranc Axion Detection Experiment (CADEx): Search for axions at 90 GHz with Kinetic Inductance Detectors
我们提出了一个新的实验，Canfranc轴子探测实验（CADEx），探测暗物质轴子的质量范围为330-460 $μ$ eV，在W波段（80-110 GHz），一个未探索的参数空间中的动机良好的暗物质窗口的量子色动学（QCD）轴子。实验设计包括一个微波谐振腔haloscope在一个高静态磁场耦合到一个高灵敏度的检测系统的基础上动态电感检测器通过优化的准光学（喇叭和镜子）。该实验正在筹备中，将安装在Canfranc地下实验室的稀释冰箱中。用CADEx探测轴子的灵敏度预测，连同潜在的实验寻找暗光子，提出。
2022-06-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
