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
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
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
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
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
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
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
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
High quality factor manganese-doped aluminum lumped-element kinetic inductance detectors sensitive to frequencies below 100 GHz
对毫米波光子敏感的铝集总元件动态电感探测器（LEKID）已被证明具有高品质因数，使其具有高灵敏度和多路复用性。铝的超导能隙将铝LEKID限制在100 GHz以上的光子频率。锰掺杂的铝（Al-Mn）具有可调的临界温度，并且因此如果当锰被添加到膜中时内部品质因数保持足够高，则对于对低于100 GHz的频率敏感的LEKID来说可能是有吸引力的材料。为了研究，我们测量了Al-Mn LEKID的一些关键特性。使用沉积在500 μm厚的高电阻率浮区硅衬底上的40 nm厚的Al-Mn膜制造了原型八元件LEKID阵列。锰含量为900 ppm，测得的$T_c = 694\pm1$ mK和共振频率接近150 MHz。在65和250 mK之间的各种浴温度下使用前向散射参数$S_{21}$的测量，我们确定我们制造的Al-Mn LEKID具有大于$2 \times 10^5$的内部品质因数，这对于毫米波天体物理观测来说足够高。在测量这些器件的黑暗条件下，分数频率噪声谱显示出取决于浴温度和探测音幅度的浅斜率，这可能是两级系统噪声。在未来的测量中，当探测器被毫米波照射时，预期的白光子噪声应该主导这种低频噪声水平。LEKID对来自1550 nm发光二极管的光脉冲做出响应，我们使用这些光脉冲确定准粒子寿命为60 μs。
2017-04-15 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
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
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
Improved Modeling of Quasi-Static Thermal and Optical Response of Lumped-Element Aluminum Manganese KIDs
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 kinetic inductance detectors array design for high background conditions at 150 GHz
我们提出了一种设计的动态电感探测器（KIDS）的阵列集成相控阵天线在150 GHz的高背景条件下成像。微带几何结构的KID探测器被投影到实现光子噪声限制的灵敏度大于100 pW的吸收光功率。微带KID和天线馈电网络都使用低损耗非晶硅电介质。天线实现的一个新方面是使用NbTiN微带馈电网络来促进与50欧姆天线的阻抗匹配。该阵列在6英寸晶片上具有256个像素，并且每个像素具有两个偏振和两个Al KID。KID设计为半波长微带传输线，两端带有平行板电容。谐振频率范围为400至800 MHz。读出馈线也以微带实现，并且在其输入和输出处具有从50欧姆到9欧姆的阻抗Transformer。
2022-05-25 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 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
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
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
Eliminating stray radiation inside large area imaging arrays
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变得越来越重要。我们证明了这种效果与吸收耦合集总元件微波动态电感探测器（LEKIDS）和透镜天线耦合分布式四分之一波长微波动态电感探测器（MKIDS）的焦平面阵列。在这些阵列中，来自像素位置处的点源的响应与在整个芯片区域上积分的杂散响应处于类似的水平。对于天线耦合阵列，我们表明，这种影响可以通过将片上杂散光吸收器抑制。LEKID阵列应该可以采用类似的方法，特别是当它们是透镜耦合时。
2018-09-11 astro-ph.IM
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
A 10-100 GHz Coax To Double-Ridged Waveguide Launcher and Horn Antenna
本文介绍了一种同轴双脊波导发射器和喇叭天线的设计、制作和测量。新颖的发射器设计采用两个对称的场探头横跨脊间隙，以最大限度地减少在过渡中的扩散电感，并实现优于15 dB的回波损耗超过10：1的带宽。孔径匹配喇叭使用半余弦过渡到线性锥形的外波导尺寸和脊宽度，和幂律缩放的间隙，以实现单调变化的截止频率，从而避免出现陷波模式谐振。它实现了一个几乎恒定的波束宽度在E-和H-平面约16.5 dB的总方向性从10-100 GHz。
2015-03-30 astro-ph.IM
Fabrication of antenna-coupled KID array for Cosmic Microwave Background detection
动态电感探测器（KID）由于其固有的频率复用能力和简单的光刻工艺，已成为亚毫米和毫米观测社区中传统测辐射热计的有吸引力的替代品。这些优点使KID成为即将到来的宇宙微波背景-第4阶段（CMB-S4）实验所需的$O(500,000)$探测器的可行选择。我们已经制作了天线耦合MKID阵列在150 GHz频段的CMB检测优化。我们的设计使用一个双缝隙天线耦合到由超导Nb/Al双层和SiN $_x$制成的倒置微带，然后耦合到高电阻率Si上生长的Al KID。介绍了SiN $_x$微带谐振器的制作工艺和测试结果。
2017-10-30 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 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
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
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
Hierarchical phased-array antennas coupled to Al KIDs: a scalable architecture for multi-band mm/submm focal planes
本研究针对毫米/亚毫米波长探测需求，提出耦合铝基KIDs的两级分级相控阵天线架构，实现4频段分光与低频像素相干合成，并通过三类光学测量验证了其性能，为多波段焦平面提供可扩展方案。
2024-01-31 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
Hierarchical sinuous-antenna phased array for millimeter wavelengths
我们提出了一个分层的正弦天线相控阵耦合到超导过渡边缘传感器（TES）测辐射热计毫米波的设计，制造和测量性能。该架构允许双极化宽带灵敏度与波束宽度是近似频率无关的。我们报告测量的原型设备，它使用三个层次的三角形相控阵合成波束，在三个频段覆盖3：1的带宽是近似恒定的宽度。阵元为透镜耦合正弦天线。该装置由一个半球形透镜阵列耦合到光刻晶片，它集成了TES，平面正弦天线和微波电路，包括带定义滤波器。近似与频率无关的光束宽度改善了与望远镜光学系统的耦合，并使实验的灵敏度在宽频率范围内接近最佳。该设计可以直接修改用于非TES光刻低温探测器，如动态电感探测器（KID）。此外，我们报告的宽带180度的混合，可以简化未来的多色焦平面的设计，包括但不限于分层相控阵列的设计和测量。
2018-03-29 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
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
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
Ultra-sensitive Super-THz Microwave Kinetic Inductance Detectors for future space telescopes
未来主动冷却的远红外线（粗略定义为1- 10 THz波段）星载观测台可能达到仅受宇宙背景辐射限制的灵敏度。这将导致观测速度提高许多数量级。在这样的观测站上的光谱仪器需要大阵列的探测器，其灵敏度表示为噪声等效功率NEP = 3 $\times 10^{-20}$ $W\surd{Hz}$。我们提出了微波动力学电感探测器（MKIDS）的设计，制造和表征，在此频率范围内达到所需的灵敏度。该设备是基于薄膜NbTiN谐振器，它使用透镜天线耦合到一个亚微米宽度的铝传输线在谐振器的短路端，在那里的辐射被吸收。我们通过使用小铝体积的$\approx$ 1 $μm^3$并在非常薄（100 nm）的SiN膜上制造铝部分来优化用于低NEP的MKID几何形状。这两种优化方法还通过增加器件的响应度来减少过量噪声的影响，通过减少谐振器的寄生几何电感来进一步增加器件的响应度。我们测量八个MKID相对于在检测器中吸收的功率的灵敏度，使用在1.55 THz附近的窄带中过滤的热校准源。我们获得了一个NEP $_{exp}(P_{abs})\:=\:3.1\pm0.9\times10^{-20}\:W\surd{Hz}$在调制频率为200 Hz的平均在所有测量的MKID。NEP受到准粒子俘获的限制。测得的灵敏度是足够的光谱观测从未来，主动冷却的空间为基础的天文台。此外，所提出的器件设计和组装可以适用于高达$\appro…
2022-07-18 astro-ph.IM
The NIKA 2012-2014 observing campaigns: control of systematic effects and results
新IRAM KID阵列（NIKA）是一种双波段相机，与冷却至100 mK的集总元件动态电感探测器（LEKID）的频率复用阵列一起工作。NIKA的设计目的是从IRAM 30米望远镜观察1.25和2.14毫米处的天空强度和偏振。我们介绍了在2012年至2014年的最后一次观测活动中对系统效应和天体物理结果控制的改进。
2014-09-02 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
Demonstration of Ultra-Sensitive KIDs for Future THz Space Borne Polarimeters
本文展示了1.5 THz下泄漏透镜天线耦合KIDs的偏振纯度测量与模拟，积分交叉偏振达-21.5 dB，与理论吻合，结合低噪声等效功率，证明其是大规模高性能成像偏振仪的优秀候选者。
2025-08-11 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Design of a Six-band, 2.4-Octave (80--420 GHz) Hierarchically Summed Phased-Array Slot-Dipole Antenna Array for NEW-MUSIC
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
CCAT: FYST Prime-Cam Readout Software: A framework for massively scalable KID arrays
本文介绍了FYST望远镜Prime-Cam等仪器的读出软件primecam_readout，该软件基于RFSoC板驱动大规模LEKID阵列，通过集中式控制计算机实现并行控制与诊断，计算需求随探测器数量线性增长，支持用适中硬件控制数万个KID，为下一代百万级KID阵列奠定基础。
2024-06-04 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
Design of SPT-SLIM focal plane; a spectroscopic imaging array for the South Pole Telescope
夏季线强度测绘仪（英语：Summertime Line Intensity Mapper，缩写：SLIM）是南极望远镜（英语：South Pole Telescope，缩写：SPT）的一个毫米波线强度测绘（mm-LIM）实验。SPT-SLIM的目标是作为一个技术和科学的探路者，用于演示未来mm-LIM实验的多像素超导滤波器组光谱仪的适用性和现场性能。SPT-SLIM焦平面计划在2023- 2024年南半球夏季部署，将包括18个双偏振像素，每个像素耦合到跨越2 mm大气窗口（120-180 GHz）的$R = λ/Δλ$ = 300薄膜微带滤波器组光谱仪。每个单独的光谱通道馈入微带耦合集总元件动态电感检测器，该检测器为SPT-SLIM所需的10 k检测器提供高度多路复用的读出。在这里，我们提出了一个概述的SPT-SLIM焦平面阵列的关键方面的初步设计，检测器架构和预测性能的描述，以及将用于通知SPT-SLIM光谱仪阵列的最终设计的初始测试结果。
2021-11-08 astro-ph.IM physics.ins-det
A chemically etched corrugated feedhorn array for D-band CMB observations
我们提出的设计，制造和测试的37元阵列的波纹喇叭天线宇宙微波背景（CMB）的测量之间的$140$和$170$ GHz的。该阵列被设计为直接（用于总功率测量）或通过正交模式换能器（用于偏振测量）耦合到动态电感检测器阵列。我们通过化学蚀刻$0.3$ mm和$0.4$ mm厚度的铝板来制造血小板阵列。与相同频率范围内的其他技术相比，该过程快速，低成本，可扩展，并产生高性能天线。室温电磁测量结果显示出良好的重复性，平均交叉极化水平约为$-20$ dB，回波损耗约为$-25$ dB，第一旁瓣低于$-25$ dB，远旁瓣低于$-35$ dB。我们的研究结果有资格这个过程作为一个有效的候选国家的最先进的CMB实验，其中具有高灵敏度和偏振纯度的大型探测器阵列是至关重要的，在寻求发现CMB偏振$B$模式。
2020-10-21 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
