The Simons Observatory: Characterizing the Large Aperture Telescope Receiver with Radio Holography
我们提出了近场无线电全息测量的西蒙斯天文台大口径望远镜接收光学。这些测量表明，无线电全息术的复杂毫米波光学系统，包括低温透镜，过滤器，和馈电喇叭，可以提供详细的特性的波传播部署前。我们使用接收器近场光束图案在4K下的测量振幅和相位来预测两个关键性能参数：1）将通过望远镜溢出到300 K的散射光的量，以及2）当在望远镜上进行时，接收器预期的光束图案。这些低温测量为移除滤波器提供了信息，从而提高了光学效率并减少了接收器出口处的旁瓣。对该系统的全息测量表明，通过望远镜反射镜的溢出功率小于1%，主光束及其近旁瓣与标称望远镜设计一致。这是首次在部署新接收机之前在实验室中确认这些参数。这种方法广泛适用于毫米和亚毫米仪器。
2022-12-01 astro-ph.IM
Simons Observatory: Characterization of the Large Aperture Telescope Receiver
本研究对Simons Observatory的大口径望远镜接收机（LATR）开展实验室验证与望远镜内暗场测试，证实其满足宇宙微波背景高灵敏度观测的各项规格要求，目前已完成部分安装，其余部件仍在研发。
2025-01-16 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Improved Cryogenic Struts for use in the Large Aperture Telescope Receiver
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文介绍西蒙观测站大孔径望远镜接收机中新型胶接接头的设计与性能，通过改变失效模式提升胶接强度，实现更高的安全系数和可靠性。
2026-04-23 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Beam characterization for the Small Aperture Telescopes
本文通过木星观测时域模拟开发并验证西蒙斯天文台小口径望远镜的波束重建流程，评估多频段、多条件下的精度，并确认其不会显著影响 r 参数测量。
2024-05-07 astro-ph.IM
Simons Observatory Large Aperture Telescope Receiver Design Overview
西蒙斯天文台将利用一系列望远镜对宇宙微波背景进行精确的温度和偏振测量，这些望远镜的角度范围在1角分至数十度之间，采样频率在27至270千兆赫之间。在这里，我们目前的设计大口径望远镜接收器（LATR），一个2.4米直径的低温恒温器，将安装在SO 6米望远镜，将是最大的CMB接收器。低温恒温器的尺寸被选择为利用具有高斯特列尔比的大焦平面面积，这是克罗斯-德拉戈内望远镜设计所固有的。LATR将能够容纳13个光学管，每个光学管具有36厘米直径的孔径，并照亮数千个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计。这套设备将提供一个以无与伦比的灵敏度进行测量的机会。然而，LATR的规模和复杂性也带来了许多技术挑战。在下面的论文中，我们介绍了LATR的设计，并包括我们如何应对这些挑战。我们在设计LATR的过程中开发的解决方案将为一般CMB社区和未来的CMB实验（如CMB-S4）提供信息。
2018-08-29 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Design, Integration, and Current Status of Small Aperture Telescopes
本文介绍Simons Observatory三台小口径CMB望远镜的设计、集成与部署现状，说明其通过多频段观测实现σ(r)≈0.003原初引力波探测的目标。
2024-12-02 astro-ph.IM
Laminate polyethylene window development for large aperture millimeter receivers
针对宇宙微波背景中B模式偏振信号的新实验需要比以前的实验更高的灵敏度，更多的探测器，因此需要更大口径的毫米波望远镜。这些更大的孔径需要更大的真空窗口来容纳低温光学器件。按比例放大传统的真空窗，例如由高密度聚乙烯（HDPE）制成的真空窗，需要相应地增加窗材料的厚度以处理来自大气压力的额外力。较厚的窗口在环境温度下会导致更多的传输损耗，从而增加光学负载并降低灵敏度。我们开发了编织高模量聚乙烯（HMPE）的用途，这种材料的强度是HDPE的100倍，使用加压热层压工艺制造更坚固，更薄的窗户。我们讨论了一个特殊的高压釜的发展，用于产生薄层压真空窗口和全尺寸科学级窗口的光学和机械特性，开发一个新的窗口适合BICEP阵列低温恒温器和未来的CMB应用的目标。
2022-08-01 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Modeling Optical Systematics in the Large Aperture Telescope
我们提出了几何和物理光学模拟结果的西蒙斯天文台大口径望远镜。这项工作是作为望远镜总体设计过程的一部分开发的;使我们能够评估各种设计选择对性能指标和潜在系统效应的影响。模拟的主要目标是评估反射器和冷光学系统的最终设计，这些系统目前正在建造中。我们描述了用于通知冷光学器件的设计的非顺序光线跟踪，包括每个光学管内部的吸收器。我们讨论的望远镜结构，使我们能够确定的几何形状，最大限度地减少探测器负载和减轻寄生近场效应，还没有解决的内部挡板的光线跟踪模拟。我们还描述了物理光学模拟，在一定范围内的频率和字段的位置，产生的单色远场光束模式，这反过来又被用来衡量一般的光学性能的估计。最后，我们描述了模拟揭示光束旁瓣面板间隙衍射。
2020-09-21 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Detector Polarization Angle Calibration using Sparse Wire Grid with Initial Data Sets of the Small Aperture Telescope
Kyoto University（京都大学）；Okayama University（冈山大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；KEK（高能加速器研究机构）；The University of Tokyo（东京大学）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
西蒙观测站利用稀疏线网格校准系统，通过93GHz和145GHz频段的初始数据集，实现了探测器极化角的高精度校准，确保B模测量的准确性。
2025-12-22 astro-ph.IM
Small Aperture Telescopes for the Simons Observatory
西蒙斯天文台（SO）是一个即将进行的宇宙微波背景（CMB）实验，位于智利的Cerro Toco，它将在27至285 GHz的六个频带中绘制微波天空的温度和偏振图。SO将由一个6米大孔径望远镜（LAT）和三个0.42米小孔径望远镜（SAT）组成，LAT配备$\sim$ 30，000个探测器，SAT配备另外30，000个探测器。这种协同作用将使CMB在从角分到几十度的角度范围内得到极其敏感的表征，从而能够获得广泛的科学产出。在这里，我们专注于SAT目标度角尺度与连续的二向色仪器在中频（MF：93/145 GHz），超高频（UHF：225/285 GHz）和低频（LF：27/39 GHz）观察。当结合93和145 GHz时，这三个SAT将能够将$\sim$ 10%的天空映射到2 $μ$ K-arcmin的噪声级。多个频段将使CMB与银河系前景（主要是同步加速器和尘埃）分离，主要科学目标是在$σ\left(r\right) \approx 0.003$的目标水平上表征原始张量与标量之比$r$。
2020-01-23 astro-ph.IM
Simons Observatory Small Aperture Telescope overview
西蒙斯天文台（SO）是智利阿塔卡马沙漠的一个宇宙微波背景（CMB）实验，由三个小口径望远镜（SAT）和一个大口径望远镜（LAT）组成。总的来说，SO将在以27和280 GHz为中心的六个光谱波段中放置超过60，000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，以实现测量或约束众多宇宙学量所需的灵敏度。在这项工作中，我们专注于SAT的优化搜索原始的引力波，被检测为宇称奇偏振模式称为B-模式的度尺度在CMB。每个SAT采用一个单一的光学管与TES阵列在100 mK工作。高通量光学系统具有42 cm孔径和35度视场，耦合到36 cm直径焦平面。光学系统由三个超材料抗反射涂层硅透镜组成。在光学管中安装了带有工程黑体吸收器的低温环形挡板，以最大限度地减少杂散光。整个光学管被冷却到1 K。在孔径光阑的天空一侧安装一个低温连续旋转半波片，有助于减小大气波动的影响。望远镜的热挡板由前挡板、安装在升降台上的同动屏蔽和固定的地面屏蔽组成，它们共同控制远侧瓣并减轻地面同步系统。我们介绍了SAT的发展现状。
2021-01-28 astro-ph.IM
Design and Fabrication of Metamaterial Anti-Reflection Coatings for the Simons Observatory
西蒙斯天文台将是一个宇宙微波背景调查实验，将有三个小口径望远镜和一个大口径望远镜，从智利的阿塔卡马沙漠进行观测。总的来说，SO将在以27至280 GHz为中心的六个光谱波段中放置超过60，000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，以实现测量或约束众多宇宙学量所需的灵敏度，如西蒙斯天文台合作等所述。这些望远镜需要33个高度透明，大口径，折射光学系统。为此，我们开发了机械坚固，高效的超材料抗反射（AR）涂层，其倍频程带宽覆盖范围为22-55，75-165和190-310 GHz频段直径达46 cm的硅光学器件。我们详细介绍了设计，制造SO透镜的制造方法，它们的性能，以及超材料AR涂层对由更硬材料（如氧化铝）制成的光学元件的可能扩展。
2021-10-02 astro-ph.IM
The Simons Observatory: the Large Aperture Telescope Receiver (LATR) Integration and Validation Results
西蒙斯天文台（SO）将从智利阿塔卡马沙漠的塞罗托科观测宇宙微波背景（CMB）。该天文台由三个0.5米小口径望远镜（SAT）和一个6米大口径望远镜（LAT）组成，覆盖六个频段，分别为30、40、90、150、230和280 GHz。SO观测将通过表征早期宇宙的性质，测量相对论性物质的数量和中微子的质量，提高我们对星系演化的理解，并限制宇宙再电离的性质来改变对我们宇宙的理解。作为一个关键的仪器，大口径望远镜接收器（LATR）的设计是为了冷却$\sim$ 60,000过渡边缘传感器（TES），$<$ 100 mK的直径为1.7米的焦平面。LATR前所未有的规模推动了复杂的设计。在本文中，我们将首先提供LATR设计的概述。LATR设计的集成和验证进行了详细讨论，包括机械强度，光学对准，和5个低温级（80 K，40 K，4 K，1 K和100 mK）的低温性能。我们还将讨论微波多路复用（$μ$复用器）的读出系统中实现的LATR和演示暗原型TES测辐射热计的操作。$μ$ Mux读出技术使一个同轴环路能够读出$\mathcal{O}(10^3)$ TES探测器。它在LATR中的实现是复杂RF链设计的关键验证。LATR性能的成功验证不仅是西蒙斯天文台的一个重要里程碑，也为其他实验提供了有价值的参考，例如CCAT-prime和CMB-S4。
2020-12-14 astro-ph.IM
Numerical Results for the System Noise Temperature of an Aperture Array Tile and Comparison with Measurements
本报告的目的是记录复杂波束形成阵列天线系统的噪声性能，并描述最近开发的称为THACO的噪声测量设备，该设备是在ASTRON开发的。接收器系统包括强耦合的144个TSA单元的阵列天线，144个低噪声放大器（LNA）（Tmin = 35 - 40K）和初始测试站的数据记录/存储设施，允许离线数字波束形成。本研究的主要目标是比较几个实际波束形成器的模拟值与实测接收机噪声温度，并预测相关的接收机噪声耦合贡献，天线热噪声和地面噪声拾取（由于反向辐射）。
2011-10-13 astro-ph.IM
The Simons Observatory: the Large Aperture Telescope (LAT)
西蒙斯天文台（SO）是一个宇宙微波背景（CMB）实验，在30 GHz至290 GHz的六个频段观测微波天空。该观测站位于$\sim$ 5200米的高度，由位于智利阿塔卡马沙漠的三台小孔径望远镜和一台大孔径望远镜组成。本研究说明描述了LAT的设计和当前状态及其未来时间轴。
2021-04-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Freeform three-mirror anastigmatic large-aperture telescope and receiver optics for CMB-S4
本文为 CMB-S4 的角分分辨率深度去透镜化巡天设计了5米口径自由曲面三反射镜消像散望远镜及85台相机阵列，并验证其光学性能与机械公差。
2023-07-24 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Project Overview
西蒙斯天文台将使用60，000多个探测器和27至270千兆赫的采样频率，在1角分至数十度的角度范围内对宇宙微波背景进行精确的温度和偏振测量。SO将由一个6米口径望远镜和30，000多个探测器组成，以及一个半米口径折射相机阵列，再加上30，000多个探测器。在一个CMB观测站中，大孔径和小孔径的独特组合将使我们能够在一个共同的测量区域内对各种角度尺度进行采样，同时为实现CMB第四阶段提供重要的垫脚石。CMB第四阶段是一个拟议项目，将结合和扩大智利和南极洲的现有设施，以达到CMB第四阶段科学目标所需的约500，000个探测器。SO和CMB第四阶段将测量我们宇宙的基本宇宙学参数，约束原始波动，通过Sunyaev-Zeldovich效应找到高红移星系团，约束中微子的性质，并追踪宇宙时间内宇宙中物质的密度和速度。SO的一系列复杂的技术和科学要求催生了我们将讨论的创新仪器解决方案。例如，SO大孔径望远镜将与一个直径2.4米、长2.4米的低温接收器相连接。我们将概述SO望远镜和相机的驱动程序和设计以及该项目的当前状态。我们还将讨论CMB第四阶段的现状以及项目发展的重要后续步骤。
2018-10-05 astro-ph.IM
Pulsar science with the Five hundred metre Aperture Spherical Telescope
500米口径球面望远镜（FAST）的收集面积为70 000平方米，将使脉冲星天文学取得巨大进展。我们已经进行了模拟，以估计FAST将使用其19波束或可能100波束接收器为不同的调查策略找到的先前未知的卫星数量。使用19波束接收器，总共可以在银河系平面上发现5200个以前未知的彗星，其中包括大约460个毫秒彗星（MSP）。这样的调查需要200多天的时间，每天调查时间为8小时。我们还估计，在大约80个6小时的工作日里，对M31和M33的一次巡天可以产生50--100颗银河系外的恒星。一个19波束的接收器每秒将产生不到500 MB的数据，需要大约9万亿次操作来执行实时分析的主要部分。我们还用FAST模拟了MSP的高精度定时的物流。将50个最亮的MSP定时到500的信噪比将花费每个历元大约24小时。
2009-08-17 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Cryogenic Half Wave Plate Rotation Mechanism for the Small Aperture Telescopes
本文介绍西蒙斯天文台小口径望远镜所用低温连续旋转半波片的需求、结构设计与实验室性能，以支持CMB原初B模偏振观测。
2024-12-04 astro-ph.IM
Simons Observatory: Broadband Metamaterial Anti-Reflection Cuttings for Large Aperture Alumina Optics
我们提出了设计，制造和测量性能的超材料抗反射切割（ARC）的大格式氧化铝过滤器工作在超过一个倍频程的带宽部署在西蒙斯天文台（SO）。ARC由亚波长特征组成，这些特征使用具有近微米精度的定制切割锯切割到光学器件的表面。该设计实现了对入射角高达20 $^\circ$的反射的高精度控制。ARC在覆盖75-170 GHz频段的四个42 cm直径滤波器和覆盖200-300 GHz频段的50 mm直径原型上进行了演示。这些样品的反射率和透射率是使用宽带相干源测量的，该宽带相干源覆盖从20 GHz到1.2 THz的频率。这些测量结果表明，随着波长接近超材料结构的长度尺度，对目标通带的反射率进行了高水平控制，并且透射率迅速降低，其中散射主导了光学响应。后一种行为使得能够使用超材料ARC作为该限制中的散射滤波器。
2022-10-10 astro-ph.IM physics.optics
The optical design of the six-meter CCAT-prime and Simons Observatory telescopes
CCAT天文台公司的CCAT主望远镜采用了一种用于彗差校正的6米孔径十字德拉戈内望远镜的通用光学设计，以及西蒙斯天文台的大孔径望远镜。两者都将建在智利高海拔的阿塔卡马沙漠，分别用于亚毫米和毫米波长的观测。该设计提供了一个高吞吐量，相对平坦的焦平面，具有7.8度的视场直径为3毫米波长，并能够照明> 100 k衍射限制光束< 1毫米波长。该光学系统包括偏移反射的主要和次要的表面安排在这样一种方式，以满足Mizuguchi-Dragone标准，抑制一阶像散和保持高偏振纯度。为了校正彗形像差，表面形状从它们的标准圆锥形扰动。我们讨论的光学设计，性能和公差灵敏度。有关CCAT-prime的更多信息可以在ccatobservatory.org和simonsobservatory.org上找到。
2018-07-17 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Design, Optimization, and Performance of Low Frequency Detectors
本文介绍Simons Observatory低频27/39 GHz二向色透镜耦合正弦天线TES测辐射热计阵列的设计、优化、测试状态及其在CMB前景减除中的作用。
2024-12-02 astro-ph.IM
Design and characterization of the POLARBEAR-2b and POLARBEAR-2c cosmic microwave background cryogenic receivers
POLARBEAR-2/Simons阵列宇宙微波背景（CMB）极化实验是现有POLARBEAR-1（PB-1）实验的升级和扩展，位于智利阿塔卡马沙漠。除了CMB温度和$E$模偏振各向异性外，PB-1和Simons阵列还研究了大角度尺度下暴胀引力波产生的CMB $B$模偏振各向异性和小角度尺度下引力透镜产生的CMB模偏振各向异性。这些测量提供了对各种宇宙学和粒子物理学参数的约束，例如张量与标量之比$r$和中微子质量之和。西蒙斯阵列由三个直径为3.5米的望远镜组成，这些望远镜配备了升级后的POLARBEAR-2（PB-2）低温接收器，分别命名为PB-2a、PB-2b和PB-2c。PB-2a和PB-2b将在以95 GHz和150 GHz为中心的多个频段上观测CMB，而PB-2c将在220 GHz和270 GHz进行观测，这将增强前景分离和去透镜化。每个西蒙斯阵列接收器由两个共享相同真空空间的低温恒温器组成：一个光学管，包含冷再成像透镜和Lyot光阑，红外线阻挡滤波器和低温半波片;和一个后端，包含焦平面探测器阵列，冷读出组件和毫开尔文冰箱。每个PB-2焦平面阵列由7，588个双偏振、多色、小透镜和天线耦合的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计组成，这些测辐射热计被冷却到250 mK，并使用超导量子干涉器件（SQUID）通过复用因子为40的数字频分复用方案进行读取。在这项工作中，我们描述了PB…
2018-06-14 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Deployment and current configuration of the Observatory Control System for SAT-MF1 and data access software systems
西蒙斯天文台为SAT-MF1部署并配置了数据采集与访问软件系统，解决了性能限制问题，实现了站点兼容的软件改进。
2024-07-22 astro-ph.IM
Simons Observatory: Observatory Scheduler and Automated Data Processing
本文介绍 Simons Observatory 的调度软件，将优化扫描策略转换为可执行观测脚本，并提出支持现场数据打包与日常归约的自动化工作流。
2024-06-16 astro-ph.IM
Development and performance of Universal Readout Harnesses for the Simons Observatory
西蒙斯天文台（SO）是一个地面宇宙微波背景（CMB）调查实验，由三个0.5米小口径望远镜和一个6米大口径望远镜组成，位于智利阿塔卡马沙漠海拔5200米处。SO将利用60，000多个过渡边缘传感器（TES）在27-280 GHz的六个频段观察CMB温度和极化。小口径和大口径望远镜接收机（LATR）的共同点是300 K-4K通用读出放大器（URH），它支持多达600条直流偏置线和24个射频（RF）通道，包括输入和输出同轴电缆、输入衰减器和输出读出同轴电缆上的定制高动态范围40 K低噪声放大器（LNA）。每个RF通道可以读取多达1000个TES探测器。在本文中，我们将提出的设计和表征的六个URH建造的SO部署的初始阶段。
2022-07-27 astro-ph.IM physics.ins-det
Simons Observatory Focal-Plane Module: Detector Re-biasing With Bias-step Measurements
西蒙斯天文台是一个地面宇宙微波背景调查实验，由三个0.5米小口径望远镜和一个6米大口径望远镜组成，位于智利阿塔卡马沙漠海拔5 200米处。SO将在49个独立的焦平面模块中部署60，000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，这些模块将覆盖30/40 GHz低频（LF），90/150 GHz中频（MF）和220/280 GHz超高频（UHF）。每个MF和UHF焦平面模块封装1720光学检测器分布在12个检测器偏置线上，这些检测器偏置线向检测器提供电压偏置。在观测过程中，探测器会受到不断变化的大气辐射的影响，因此需要相应地重新调整偏置。重新偏置过程包括以快速方式测量检测器特性，例如TES电阻和响应度。基于该结果，一个偏置线内的检测器然后被以合适的电压偏置。在这里，我们描述了一种技术，用于重新偏置检测器的模块使用偏置阶跃测量的结果。
2022-09-12 astro-ph.IM
Simons Observatory: Pre-deployment Performance of a Large Aperture Telescope Optics Tube in the 90 and 150 GHz Spectral Bands
本研究针对西蒙斯天文台大口径望远镜的首台90/150 GHz中频光学镜筒，开展部署前综合测试与性能表征，验证其灵敏度余量超30%、可达衍射极限性能，为后续宇宙微波背景等天文观测提供支撑。
2024-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Studies of Systematic Uncertainties for Simons Observatory: Optical Effects and Sensitivity Considerations
西蒙斯天文台（SO）是一个新的实验，旨在测量温度和偏振的宇宙微波背景（CMB）。空间观测站将在智利的阿塔卡马沙漠使用小（$\sim0.5 \, \rm m$）和大（$\sim 6\, \rm m $）孔径望远镜组合测量大范围微波频率和角度尺度上的偏振天空。这项工作是一系列研究SO的校准，灵敏度和系统误差的论文的一部分。在本文中，我们讨论了目前的努力，以模拟光学系统的影响，这些已被用来指导SO仪器的设计，以及如何这些研究可以用来通知仪器设计未来的实验，如CMB-S4。虽然光学系统学的研究正在进行中的小口径和大口径望远镜，我们限制本文的重点是更成熟的大口径望远镜的设计，我们的研究包括：指向误差，光学畸变，光束椭圆度，交叉极化响应，仪器偏振旋转和各种形式的旁瓣拾取。
2018-08-15 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory Large Aperture Telescope Receiver
西蒙斯天文台的大孔径望远镜接收器将与位于智利托科山海拔5，200米的大孔径望远镜连接。由此产生的仪器将产生弧分分辨率毫米波地图的一半天空前所未有的精度。LATR是迄今为止建造的最大的低温毫米波相机，直径为2.4米，长度为2.6米。它将1200 kg的材料冷却到4 K，将200 kg冷却到100 ° C，这是辐射热探测器的工作温度，其波段集中在27，39，93，145，225和280 GHz左右。最终，LATR将容纳13个40厘米直径的光学管，每个光学管有三个探测器晶片，总共62，000个探测器。LATR设计必须同时保持系统的光学对准，控制杂散光，提供低温隔离，限制热梯度，并最大限度地减少系统从室温冷却到100 mK的时间。这些相互竞争的因素之间的相互作用构成了独特的挑战。我们讨论的贸易研究涉及的设计，最终的优化，施工，和系统的最终性能。
2021-03-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: Design, integration, and testing of the small aperture telescopes
本文介绍Simons天文台小口径低温望远镜的设计参数，并报告93/145 GHz望远镜的集成与测试情况，以支持高灵敏度CMB原初B模探测。
2024-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: Instrument Overview
西蒙斯天文台将使用一套望远镜对宇宙微波背景进行精确的温度和偏振测量，这些望远镜的角度范围在1角分至数十度之间，包含60，000多个探测器，观测频率在27至270千兆赫之间。SO将包括一个6米口径的望远镜，连接到30，000多个过渡边缘传感器测辐射热计，以及三个42厘米口径的折射望远镜，连接到另外30，000多个探测器，所有这些都将位于海拔5190米的阿塔卡马沙漠。CMB观测站的大孔径和小孔径的强大组合将使我们能够在一个共同的测量区域内对各种角度尺度进行采样。SO将测量我们宇宙的基本宇宙学参数，约束原始波动，通过Sunyaev-Zel 'dovich效应找到高红移星系团，约束中微子的性质，并追踪宇宙时间内宇宙中物质的密度和速度。该实验的复杂的技术和科学要求导致了我们将讨论的创新仪器解决方案。大口径望远镜将与一个直径2.4米、长近3米的低温接收器连接，这将带来一些技术挑战。同时，我们正在设计安装42厘米口径望远镜的低温接收器阵列。我们将讨论SO将使用的传感器技术，并概述SO望远镜和接收器的驱动程序和设计，以及它们的冷光学组件和探测器阵列。
2018-08-14 astro-ph.IM
Studies of Systematic Uncertainties for Simons Observatory: Polarization Modulator Related Effects
西蒙斯天文台将使用小孔径（0.5米）和大孔径（6米）望远镜，在宽范围的频率（27至270千兆赫）和角度尺度上观测宇宙微波背景的温度和偏振各向异性。SO小孔径望远镜将瞄准原始B模式偏振信号预期达到峰值的角度尺度。小孔径望远镜的入射偏振信号将由低温连续旋转半波片调制，以减轻缓慢变化的噪声和探测器对差分产生的系统效应。在本文中，我们提出了一个评估所产生的一些系统的影响，使用CRHWP在SO小口径系统。我们专注于与HWP的结构特性相关的系统效应和操作HWP时产生的效应，包括HWP同步信号（HWPSS）的幅度，以及在存在大HWPSS的情况下由检测器非线性引起的I -> P（强度到偏振）泄漏。我们证明了我们的能力，模拟上述系统的影响，在时域。这一重要步骤将为减缓战略和设计决策提供信息，以确保SO实现其科学目标。
2018-08-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: A Minimum-Cost Matching Algorithm for Pairing Measured Resonances with Designed Detectors
本研究提出一种基于二分图最小成本匹配的算法，用于将西蒙斯天文台μmux读出系统中测量到的谐振器与设计探测器配对，并利用SAT1首次天空测量数据验证其有效性。
2024-07-19 astro-ph.IM
CTA telescopes as deep-space lasercom ground receivers
由于射频通信的限制，从深空间探测器传输的科学数据量非常有限。自由空间光通信可以缓解这一瓶颈，提高数据速率，同时降低通信机载设备的重量、质量和功率。然而，需要优化从航天器到地球的电力输送。在RF通信中，策略是增加地面终端的孔径。自由空间光通信也可以遵循它，因为它们都受到地球上接收到的低功率的限制。随着大型望远镜的成本随着孔径呈指数级增长，需要新的想法来最大限度地提高孔径成本比。这项工作探讨了使用未来切伦科夫望远镜阵列作为光通信地面站的可行性。地基伽马射线天文学也有同样的功率限制，因此切伦科夫望远镜的设计是以最小的成本和一些宽松的要求来最大化接收器的孔径。讨论了望远镜的再利用和可能的调整以优化其通信的关键问题，以及望远镜模拟和适用于最坏情况设想的若干链路预算的数值计算，得出的结论是，该提议在技术上是可行的，与目前的深空光学地面站设计相比，将大大降低成本，提高性能。
2015-11-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Radio-transparent multi-layer insulation for radiowave receivers
在无线电波探测领域，扩大接收器孔径以提高探测到的光量是取得更大科学成就的必要条件。使用无线电发射孔径的一个挑战是保持探测器冷却。这是因为对高于射频范围的热辐射的透明性增加了热负荷。人们期待已久的技术，保持寒冷的条件，同时允许更大的光圈。我们提出了由一组堆叠的绝缘层组成的辐射透明多层绝缘（RT-MLI）。绝缘体对射频是透明的，但对红外辐射是不透明的。冷却的基本思想类似于传统的多层绝缘。它导致减少热辐射，同时保持均匀的表面温度。与其他类型的滤波器相比，这种技术的优点是不需要热连接。作为绝缘体材料，我们使用发泡聚苯乙烯;其低折射率使得不需要抗反射涂层。我们测量了RT-MLI的基本性能，以确认热负载随着层数的增加而降低。我们还证实了我们的RT-MLI对无线电波具有高透射率，但阻挡红外辐射。例如，具有12层的RT-MLI在低于200 GHz（高于4THz）下具有大于95%（低于1%）的透射率。我们证明了它的效果在一个系统中的吸收型过滤器，孔径直径为200毫米。低温成功地保持了过滤器。我们的结论是，这种技术显着提高了无线电波接收器的冷却，特别适合于大口径系统。该技术有望应用于射电天文学、地质环境评估和雷达系统等各个领域。
2013-10-18 astro-ph.IM physics.ins-det
Interstellar communication network. II. Deep space nodes with gravitational lensing
星际通信网络中的数据速率由于恒星之间的巨大距离而受到平方反比定律的影响。为了实现高（Gbits/s）数据速率，需要大孔径和高功率的某种组合。另外，信号可以通过恒星的引力透镜聚焦，产生$10^{9}$级的增益，与直接路径相比。引力透镜物理学对接收器和孔径的大小和位置施加了一系列约束。这些特征包括最小和最大接收器尺寸、最大发射器尺寸和日心接收器距离。接收机和发射机的最佳尺寸为米级。这种小装置允许捕获光束中的主瓣，同时避免影响较大孔径的时间拖尾。这些和其他属性可以用于描述透镜通信网络的最可能的参数，并确定通信节点在日心参考系中的精确位置。
2020-09-03 astro-ph.IM astro-ph.SR
The Simons Observatory: Design and Initial Performance of the Detector Readout System for the Large-Aperture Telescope
Stanford University（斯坦福大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology（卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文介绍西蒙斯天文台大口径望远镜的低温超导探测器读出系统设计，采用微波频率多路复用实现每传输线读出860个测热辐射计，成功读出81.4%探测器，性能满足关键基准。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Techniques of Radio Astronomy
本章概述了射电天文学的技术。这项研究始于1931年，当时央斯基发现了宇宙的辐射，但快速进展的时期开始于15年后。从那时到现在，波长范围从几米扩展到亚毫米，角分辨率从度增加到比毫弧秒更精细，并且接收器灵敏度大大提高。今天，孔径合成技术产生的图像与最好的光学设备所获得的图像相当或超过这些图像。除了技术进步，无线电领域的科学发现也为我们打开宇宙的新视野做出了很大贡献。世界各地有许多国家无线电设施。在不久的将来，一个真正的全球无线电观测站的新时代将开始。本章包含了一个简短的历史，该领域的发展，校准程序的细节，相干/外差和非相干/测辐射热计接收器系统，单孔径和干涉仪的观测方法，以及孔径合成的概述。
2011-11-04 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Overview of data acquisition, control, monitoring, and computer infrastructure
西蒙斯天文台（SO）是一个即将进行的极化宇宙微波背景（CMB）调查实验，将使用三个小口径望远镜和一个大口径望远镜从智利的阿塔卡马沙漠进行观测。总的来说，SO将在27和280 GHz之间的六个光谱波段中放置超过60，000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，以实现测量或约束众多宇宙学参数所需的灵敏度，包括张量标量比，相对论物质的有效数量以及中微子质量的总和。SO科学目标需要协调和控制分布在现场四台望远镜之间的硬件。为了满足这一需求，我们设计并构建了一个用于分布式系统管理的开源平台，称为Observatory Control System（ocs）。该控制系统与所有子系统接口，包括望远镜控制单元、微波多路复用读出电子设备和低温测温。我们还开发了一个实时监测内务数据和警报的系统，这两者对于远程观察都至关重要。我们利用现有的开源项目，例如用于RPC和PubSub的crossbar，用于异步事件的twisted，用于在线远程监控的grafana以及用于容器化的docker。我们提供了SO软件和计算机基础设施的概述，包括SO开发的代码与开源资源的集成，以及在SO实验室开发硬件系统进行测试时所吸取的经验教训。
2020-12-18 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Deployment of the observatory control system and supporting infrastructure
本文介绍西蒙斯天文台开发的分布式天文台控制系统及配套软硬件基础设施，阐述其部署方式、系统交互、授时配置及部署经验与未来改进方向。
2024-06-22 astro-ph.IM
Progression of Digital-Receiver Architecture: From MWA to SKA1-Low,and beyond
在数字电子学、信号处理、计算和存储技术进步的支持下，在射电天文学早期对望远镜设计产生重大影响的孔径阵列已经卷土重来。在所有这些发展中，国际上正在努力设计和建造世界上最大的射电望远镜平方公里阵列（SKA）。凭借其1平方公里的巨大收集面积，SKA预计将提供无与伦比的灵敏度，并利用技术进步来实现复杂的接收器，通过天空中的多个光束提供大视场。SKA的许多寻路器和前体孔径阵列望远镜在10 - 300 MHz的频率范围内工作，已经建造并投入使用，以获得科学，仪器和功能方面的宝贵反馈。这篇评论文章明确地探讨了从Murchison Widefield Array（前身）到SKA1-Low的数字接收机架构的发展。它强调了模数转换器（ADC）、现场可编程门阵列（FPGA）和中央处理单元-图形处理单元（CPU-GPU）混合平台的技术进步，复杂的数字信号处理系统围绕这些平台实现了高效的信道化器、波束形成器和解调器。文章最后展望了基于射频片上系统（RFSoC）的新一代信号处理平台的设计。
2023-01-17 astro-ph.IM
BoloCalc: a sensitivity calculator for the design of Simons Observatory
西蒙斯天文台（SO）是一个即将进行的实验，将研究智利阿塔卡马沙漠宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振波动。SO将部署一个大口径望远镜（LAT）和一个小口径望远镜（SAT）阵列，这些望远镜将在中心频率从27 GHz到270 GHz的六个波段进行观测。SO设计阶段的关键考虑因素是巨大的，包括每个望远镜的相机数量，焦平面放大率和像素密度，带内光功率和相机吞吐量，探测器参数公差和扫描策略优化。为了以快速、有组织和可追溯的方式通知SO设计，我们创建了一个基于Python的灵敏度计算器，该计算器具有几个最先进的功能，包括探测器到探测器的光学白噪声相关性、模拟和测量带通的处理以及低级别参数不确定性对天空噪声性能不确定性的传播。我们讨论了数学的灵敏度计算，计算器的面向对象的结构和关键功能，它如何通知SO的设计，以及它如何可以提高仪器设计在更广泛的CMB社区，特别是CMB-S4。
2021-08-16 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Development and Optical Evaluation of Achromatic Half-Wave Plates
本文介绍了为Simons天文台小孔径望远镜开发的由三块蓝宝石板组成的消色差半波片，以实现宽带高效偏振调制并减轻大气1/f噪声等系统误差，并报告了其设计及初步表征结果。
2024-02-14 astro-ph.IM
The Simons Observatory: laboratory beam characterization for the first small aperture telescope
本文介绍了Simons Observatory首台小孔径望远镜SAT-MF1在部署前的实验室光学表征，通过热源和全息方法测量近场波束并估计远场辐射方向图，验证了其光学性能满足科学要求。
2024-11-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Assembly development for the Simons Observatory focal plane readout module
西蒙斯天文台（SO）是一套对温度和宇宙微波背景（CMB）偏振敏感的仪器，位于智利阿塔卡马沙漠的塞罗托科。五个望远镜，一个大口径望远镜和四个小口径望远镜，将容纳大约70，000个在100 mK下运行的高度多路复用过渡边缘传感器（TES）探测器。每个SO焦平面模块（UFM）将1，764个TES耦合到微波多路复用（uMux）读出电路中的微波谐振器。在探测器集成之前，100 mK uMux组件被封装到多路复用模块（UMM）中，这些模块经过独立验证，以确保它们符合SO性能规格。在这里，我们提出了这些UMM读出封装的中频（90/150 GHz）和超高频（220/280 GHz）UFM组件的发展。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Ultra-Thin Large-Aperture Vacuum Windows for Millimeter Wavelengths Receivers
要探测宇宙微波背景中的原初引力波所产生的微弱偏振模式，需要有很好的观测灵敏度。小孔径实验中的光学元件，如Bicep 3和Keck阵列，旨在优化吞吐量，并最大限度地减少毫米波长下的传输，反射和散射损失。随着孔径尺寸的增加，低温恒温器真空窗口必须承受来自大气压的更大的力，并且该解决方案通常以更大的传输损耗为代价导致更厚的窗口。我们已经确定了一种用于制造真空窗口的新候选材料：具有比以前使用的材料大两个数量级的拉伸强度，编织高模量聚乙烯可以允许显着更薄的窗口，从而显着降低损耗和更高的灵敏度。在这些程序中，我们调查的高模量聚乙烯窗口的地基CMB实验，如当前和未来的接收器中的二头肌/凯克阵列程序的适用性。这包括表征它们的光学传输以及它们在大气压力下的机械行为。我们发现，这种超薄材料是改善毫米波长大孔径仪器性能的有希望的候选材料，并概述了在可能即将到来的这种科学级窗口的现场部署之前进行进一步测试的计划。
2018-08-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Fundamental Performance of FAST with 19-beam Receiver at L Band
500米口径球面射电望远镜（FAST）通过国家验收，正在进行“风险共享”观测试点。覆盖1.05-1.45 GHz的19波束接收器用于大多数观测。在3.5小时内，系统的电子增益起伏优于1%，保证了观测的稳定性。指向精度、孔径效率和系统温度是FAST的三个关键参数。实测指向精度标准差为7. 9 $''$，满足FAST的初始设计要求。当天顶距小于26.4 $^\circ$时，中心束在1.4 GHz附近的孔径效率为$\sim$ 0.63，系统温度小于24 K。这两个参数的实测值分别优于0.6和25 K的设计值。通过对N672的光谱HI观测和对3C 286的偏振观测，证实了19束后端的灵敏度和稳定性满足预期。性能允许FAST在各种科学目标中进行敏感的观测，从脉冲星到星系演化的研究。
2020-02-05 astro-ph.GA 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
Characterization of aliased noise in the Advanced ACTPol receiver
先进的ACTPol是$6\, \rm m$孔径阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）的第二代偏振敏感升级，与以前的ACTPol接收器相比，增加了探测器数量和频率覆盖范围。Advanced ACTPol利用基于超导量子干涉器件（SQUID）的新的两级时分复用读出架构，实现高达64（行）的复用因子，在150/220 GHz和两个90/150 GHz摄像机中部署2，012个探测器，每个摄像机包含1，716个探测器。在时域系统中，混叠将噪声引入读出。在这项工作中，我们提出了一个数字的优点来衡量这种噪声的贡献，并提出了测量的高级ACTPol接收机的混叠噪声分数部署。
2019-12-05 astro-ph.IM
The 90 and 150 GHz universal focal-plane modules for the Simons Observatory
西蒙斯天文台（SO）是位于智利阿塔卡马沙漠的一套望远镜，将对宇宙微波背景进行灵敏的测量。有一个主机的宇宙学和天体物理学的问题，SO预计解决。通用焦平面模块（UFM）填充四个SO望远镜接收器焦平面。有三种类型的UFM，每一种都包含在30和290 GHz之间的两个光谱波段观测的过渡边缘传感器测辐射热计。我们描述了新的中频UFM，其目标是在90和150~GHz的六个光谱带中的两个，并且是SO的宇宙学目标的核心。
2021-12-02 astro-ph.IM
Cooldown Strategies and Transient Thermal Simulations for the Simons Observatory
西蒙斯天文台将利用一系列望远镜对宇宙微波背景进行精确的偏振测量，这些望远镜的角度范围从角分到几十度不等，装有60，000多个探测器，在27千兆赫至270千兆赫之间的频带进行观测。SO将包括一个6米口径望远镜，最初耦合到约35，000个探测器，以及一个0.5米口径折射相机阵列，耦合到另外30，000多个探测器。大口径望远镜接收器（LATR）与一个6米交叉Dragone望远镜耦合，直径为2.4米，重量超过3吨，有5个低温级（80 K，40 K，4 K，1 K和100 mK）。LATR通过包含低温光学元件和探测器的13个独立光学管与望远镜耦合。低温恒温器将由两个Cryomech PT 90（80 K）和三个Cryomech PT 420（40 K和4 K）脉冲管低温冷却器冷却，1 K和100 mK级由商用稀释制冷机系统冷却。第二个组成部分是小孔径望远镜，是一个直径为42厘米的单光学管折射相机。SAT级的冷却将由两个Cryomech PT 420提供，其中一个专用于稀释制冷系统，将焦平面冷却到100 mK。SO将总共部署三个SAT。为了估计相机系统的冷却时间，考虑到它们的大小和复杂性，基于隐式求解器的有限差分代码已经被编写来模拟两个低温恒温器的瞬态热行为。这里给出的模拟结果预测LATR的冷却时间为35天。模拟表明，级之间的附加热开关将有效地分配冷却功率并减少LATR冷却所需的时间。预计SA…
2018-08-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: On-sky performance of radio-transparent multi-layer insulation (RT-MLI) using Styroace-II Styrofoam
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；The University of Tokyo（东京大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
西蒙观测站利用Styroace-II泡沫开发无线电透明多层绝缘过滤器，有效阻挡红外辐射，降低探测器热噪声，提升低温探测器性能。
2026-01-30 astro-ph.IM
Image formation in synthetic aperture radio telescopes
下一代射电望远镜将更大，更灵敏，具有更大的观测带宽，并能够同时指向多个波束。要获得接收器所支持的灵敏度、分辨率和动态范围，就需要开发新的阵列和大气校准信号处理技术，以及新的成像技术，这些技术既更准确，计算效率也更高，因为数据量将大得多。本文提供了一个教程概述现有的图像形成技术，并概述了一些未来的方向需要从未来的射电望远镜的信息提取。我们描述了从测量方程直到反卷积的成像过程，既作为傅立叶逆问题，又作为阵列处理估计问题。后一种公式使得能够基于最先进的阵列处理来开发更先进的技术。我们演示了模拟和测量射电望远镜数据的技术。
2010-09-02 astro-ph.IM
