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
The Simons Observatory: Antenna control software integration and implementation
西蒙斯天文台（SO）是一个地基宇宙微波背景测量实验，由三台0.5 m小口径望远镜和一台6 m大口径望远镜组成，位于智利阿塔卡马沙漠海拔5200 m处。SO将研究宇宙微波背景（CMB）的偏振和温度各向异性。天文台将需要很好理解的望远镜指向和扫描。良好的天线控制将使我们能够执行扫描策略，以优化我们的科学目标的灵敏度，校准系统与天体目标，并制作地图。为了实现这一目标，我们将望远镜天线控制单元（ACU）的数据采集和控制集成在SO天文台控制系统（OCS）的软件框架内。我们在这里提出的ACU的软件集成的现状，以及测量的小孔径望远镜平台的响应软件命令在工厂，计划在现场测量，并在大孔径望远镜的实施前景。
2022-07-18 astro-ph.IM
Feedhorn development and scalability for Simons Observatory and beyond
西蒙斯天文台（SO）将以前所未有的灵敏度在27-270 GHz的宽范围角标度和频率上测量温度和偏振的宇宙微波背景（CMB）。用于将光耦合到SO将场的$\sim$ 50检测器晶片上的一种技术是样条轮廓的喇叭天线，其提供耦合效率与光束偏振泄漏效应的控制之间的可调谐性。我们将努力扩大喇叭天线的生产SO和未来的CMB实验，包括直接加工金属喇叭天线阵列和激光加工堆叠硅阵列的可行性。
2018-09-19 astro-ph.IM
PROTOCALC, A W-band polarized calibrator for CMB Telescopes: application to Simons Observatory and CLASS
针对CMB实验缺乏合适毫米波偏振校准源的问题，开发了机载校准源PROTOCALC，经实验室测试、模拟建模及野外部署，成功将源滚转角精度约束至$0.045^\circ$。
2025-05-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: Studies of Phase Drift in RF Transmission Lines from the First Large-Scale Deployment of Microwave Frequency Multiplexing for Cosmology
Stanford University（斯坦福大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology, Stanford（斯坦福粒子天体物理与宇宙学卡弗里研究所）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Cornell University（康奈尔大学）；Wright Laboratory, Department of Physics, Yale University（耶鲁大学物理莱特实验室）
西蒙观测站利用SMuRF电子设备研究微波频率复用中无线电频率传输线的相位漂移问题，以确保高密度数据读取的准确性。
2025-09-30 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
NDRIO White Paper: Envisioning Digital Research Infrastructure for the Simons Observatory
对宇宙微波背景（CMB）的观测是研究宇宙起源和演化的一个令人难以置信的丰富信息来源。加拿大数字研究基础设施在将越来越多的原始数据缩减为适合科学分析的宇宙微波背景图方面发挥了关键作用，阿塔卡马宇宙学望远镜在过去十年中产生的许多科学成果就是例证。西蒙斯天文台（SO）将于2023年开始观测，它将能够以比ACT和其他现有望远镜高出一个数量级的灵敏度来测量CMB。在本白皮书中，我们概述了新数字研究基础设施组织（NDRIO）下的加拿大DRI如何建立在ACT的基础上，并在处理SO数据方面发挥关键作用，帮助生产未来几年将成为宇宙学社区核心的数据产品。我们包括这项工作所需的DRI资源的估计，以表明什么样的高级研究计算（ARC）将最好地支持SO类项目。最后，我们评论如何ARC分配可以结构化的大型合作，如SO，并提出了一个研究数据管理（RDM）系统，使公共数据发布不仅可供下载，而且可直接分析加拿大DRI。
2020-12-22 astro-ph.CO 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: Studies of Detector Yield and Readout Noise From the First Large-Scale Deployment of Microwave Multiplexing at the Large Aperture Telescope
本文介绍西蒙斯天文台大口径望远镜首次大规模部署SMuRF微波多路复用读出系统的调试情况，验证了早期阶段相当比例系统满足探测器良率与读出噪声的基线要求，为大规模超导传感器读出提供了实践支撑。
2024-06-03 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: 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: 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
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
Cold optical design for the Large Aperture Simons Observatory telescope
西蒙斯天文台将由一个大型（直径6米）望远镜和若干较小的（直径0.5米）折射望远镜组成，旨在以前所未有的精度测量宇宙微波背景的偏振。大口径望远镜的设计与CCAT主望远镜相同，是一种改进的交叉Dragone设计，在90 GHz时的视场直径超过7.8度。本文概述了该望远镜的冷重成像光学器件，以及促使我们在2.4 m低温恒温器中选择350-400 mm直径硅透镜而不是其他可能性的原因。我们亦会考虑将来是否可将这项设计扩展至中巴第四期及以后。
2019-12-13 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
Characterization of Transition Edge Sensors for the Simons Observatory
西蒙斯天文台正在智利阿塔卡马沙漠建造大型（6米）和小型（0.5米）孔径望远镜，以前所未有的灵敏度观测宇宙微波背景辐射。西蒙斯天文台望远镜总共将使用超过60，000个过渡边缘传感器（TES）探测器，中心频率在27至285 GHz之间，工作频率接近100 mK。NIST、Berkeley和HYPRES/SeeQC公司已经为西蒙斯天文台制造了TES器件。这些设备的迭代已经过低温测试，以便为进一步设备的制造提供信息，这将最终导致在现场部署的最终TES设计。详细的设计规格已独立迭代在每个特定的探测器频率的制造设施。我们目前的原型设备的测试结果，重点是NIST的高频探测器。使用稀释冰箱来达到所需的温度。测量进行了4引线电阻测量和时域超导量子干涉器件（SQUID）多路复用器系统。SQUID读出测量包括在各种温度下的电流与电压（IV）曲线的分析、方波偏置阶跃测量和检测器噪声测量。正常电阻，超导临界温度，饱和功率，热和自然时间常数，和热性能的设备从这些测量中提取。
2020-01-21 astro-ph.IM
The Simons Observatory: impact of bandpass, polarization angle and calibration uncertainties on small-scale power spectrum analysis
本文研究西蒙斯天文台实验中带通、偏振角和定标误差对小尺度功率谱分析的影响，发现带通偏移影响最大，需在似然层面边缘化以保持宇宙学参数约束稳健。
2024-09-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: Magnetic Sensitivity Measurements of Microwave SQUID Multiplexers
本文针对The Simons Observatory的微波SQUID多路复用器进行了磁场灵敏度测量，研究了不同磁屏蔽配置对器件磁耦合的影响，并据此指导了通用焦平面模块(UFM)磁屏蔽的材料选择与设计。
2020-12-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: HoloSim-ML: machine learning applied to the efficient analysis of radio holography measurements of complex optical systems
近场无线电全息术是测量和对准毫米和亚毫米望远镜镜面的常用方法。在具有多于一个反射镜的仪器中，全息测量中出现简并，需要多次测量和新的拟合方法。我们提出了HoloSim-ML，这是一个用于光束模拟和分析复杂光学系统无线电全息数据的Python代码。该代码使用机器学习来有效地确定多个镜子上数百个镜子调节器的位置，精度仅为几微米。我们应用这种方法的例子西蒙斯天文台6米望远镜。
2021-10-05 astro-ph.IM eess.IV physics.optics
The Simons Observatory: Development and Validation of the Large Aperture Telescope Receiver
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（SAT）和一个6米大口径望远镜（LAT）组成，位于智利阿塔卡马沙漠海拔5200米处。为了满足下一代CMB望远镜的灵敏度要求，LAT将在7个光学管（OT）中部署30，000个100 mK的过渡边缘传感器（TES）探测器，所有这些探测器都在大孔径望远镜接收器（LATR）中。此外，LATR有能力在13个OT上扩展到62，000个TES。LAT将能够对CMB进行弧分分辨率的观测，探测器波段集中在30、40、90、150、230和280 GHz。我们在部署前对LATR系统进行了严格的测试，以充分表征仪器，并证明它可以达到所需的灵敏度水平。我们表明，LATR满足低温和机械要求，并保持可接受的低基线读出噪声。
2022-07-28 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
The Simons Observatory 220 and 280 GHz Focal-Plane Module: Design and Initial Characterization
西蒙斯天文台（SO）将探测和绘制智利Cerro Toco的毫米波长天空的温度和偏振，在一系列角度尺度上，为宇宙学和天体物理学分析提供丰富的数据集。SO焦平面将用紧凑的六边形封装平铺，称为通用焦平面模块（UFM），其中过渡边缘传感器（TES）探测器耦合到100 mK微波多路复用电子器件。三种不同类型的二向色TES探测器阵列，其波段集中在30/40，90/150和220/280 GHz，将在49个计划的UFM中实施。90/150 GHz和220/280 GHz阵列各包含1，764个TES，通过两个910 x多路复用器电路读出。这些模块包含一系列密集布线的硅芯片，这些芯片在受控的电磁环境中封装在一起，具有高达100 mK的强大散热能力。在概述了模块设计之后，我们报告了第一个220/280 GHz UFM的早期结果，包括探测器产率以及读出和探测器噪声水平。
2022-01-12 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Overview of the Cryogenic Half-wave Plate Polarization Modulators
University of California Riverside（加州大学河滨分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；The University of Tokyo（东京大学）；The Suwa University of Science（信州大学（原諏訪科學大學））；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
西蒙斯天文台的小孔径望远镜利用低温半波片调制偏振信号以抑制大气1/f噪声，并提出一种旋转角重建方法，噪声水平达0.16 μrad√s，满足需求。
2026-07-02 astro-ph.IM
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
The Simons Observatory: Dark Characterization of the Large Aperture Telescope
本研究利用Simons Observatory大口径望远镜在反射镜未安装时的暗态配置，表征无大气噪声条件下的仪器噪声，验证简单噪声模型并评估扫描策略影响。
2024-07-12 astro-ph.IM
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
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
The Simons Observatory: A fully remote controlled calibration system with a sparse wire grid for cosmic microwave background telescopes
本文开发了一种带有稀疏线栅的全遥控校准系统，通过电动执行器、电机及监测传感器实现探测器偏振角的定期校准，预期系统误差为0.08度，将应用于Simons Observatory的小孔径望远镜。
2023-09-05 astro-ph.IM
The Simons Observatory microwave SQUID multiplexing detector module design
宇宙微波背景（CMB）科学的进步取决于增加观测天空的灵敏探测器的数量。新仪器部署了大型超导过渡边缘传感器（TES）测辐射热计阵列，这些传感器密集地平铺在更大的焦平面上。高复用因子减少了低温接收器上的热负荷并简化了它们的设计。我们提出的焦平面模块的设计具有一个数量级更高的复用因子比以前实现TES测辐射热计。我们专注于新的冷读出组件，它采用微波SQUID复用（$μ$复用器）。西蒙斯天文台将使用49个包含60，000个测辐射热计的模块来对CMB进行精密灵敏的测量。我们验证了焦平面模块的设计，提出测量的读出组件与和没有一个原型探测器阵列的1728偏振敏感的辐射热计耦合到喇叭天线。读出组件实现了$95\%$产率和910多路复用因子。每个读出通道的中值白噪声为65 $\mathrm{pA/\sqrt{Hz}}$。这影响了$< 8\%$的预计SO标测速度，低于灵敏度预测中假设的速度。结果验证了模块的全部功能。我们讨论了测量性能的背景下，SO科学的要求，这是超过。
2021-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Simons Observatory: gain, bandpass and polarization-angle calibration requirements for B-mode searches
我们量化的校准要求的系统不确定性的下一代地面观测站的大角度$B$模式偏振的宇宙微波背景，重点是西蒙斯天文台（SO）。我们探讨增益校准，带通中心频率和偏振角，包括后者的频率变化在整个带通的不确定性。我们发现，增益校准和带通中心频率必须知道百分比水平或更少，以避免偏见的张量标量比$r$的顺序为$Δr\sim10^{-3}$，与以前的研究结果。偏振角必须校准到零点几度的水平，而它们在频带边缘之间的频率变化必须知道${\cal O}(10)$度。鉴于这些校准要求的紧密性，我们探讨了这些系统的残余不确定性将影响$r$的最终约束，如果包括在数据模型和边缘化的水平。我们发现，额外的参数自由度并没有降低$r$的最终约束显着，扩大误差条${\cal O}(10\%)$最多。我们通过重新分析BICEP 2/Keck合作的最新公开数据来验证这些结果，扩展的参数空间涵盖了宇宙学，前景和系统参数。最后，我们的研究结果进行了讨论，在SO内进行的仪器设计和校准研究。
2021-06-15 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
The Simons Observatory: Complex Impedance Measurements for a Full Focal-Plane Module
西蒙斯天文台（SO）是一个基于地面的宇宙微波背景实验，将部署在智利的阿塔卡马沙漠。SO将部署超过60，000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，这些测辐射热计将在27 GHz至280 GHz之间的六个光谱波段进行观测，目的是揭示有关宇宙起源和演化的新信息。SO探测器根据其观测频率分组并封装到通用焦平面模块中，每个模块包含多达1720个探测器，这些探测器使用微波SQUID多路复用和SLAC微谐振器射频电子（\smurf）读出。通过测量TES的复阻抗，我们能够访问使用其他校准方法难以确定的检测器的许多热电特性，然而，由于高采样率要求，历史上难以同时测量许多检测器的复阻抗。在这里，我们提出了一种方法，它使用\smurf \测量数百个探测器的复阻抗同时在一小时的时间尺度。我们比较测得的有效热时间常数与独立估计的偏差步骤。这种新方法开辟了在实验室和现场使用这种表征工具的可能性，以更好地了解SO探测器的全部人口。
2022-07-24 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Magnetic Shielding Measurements for the Universal Multiplexing Module
西蒙斯天文台（SO）包括四个望远镜，将使用60，000多个高灵敏度过渡边缘测辐射热计（TES）测量宇宙微波背景的温度和偏振。这些多色TES测辐射热计读出的微波RF SQUID复用系统的复用因子为910。考虑到TES和SQUID都容易受到磁场拾取的影响，并且很难预测它们将如何响应这些场，因此根据经验表征这些系统的磁响应非常重要。然后，该信息可以用于通过通知用于检测器和读出的磁屏蔽设计来限制伪信号。本文重点研究了SO通用多路复用模块（UMM）中不同磁屏蔽结构的磁拾波器的测量，该模块包括SQUID、相关谐振器和TES偏置电路。原型UMM的磁拾波器在三种屏蔽配置下进行了测试：无屏蔽（铜封装）、用于UMM的铝封装以及围绕整个稀释制冷机100 mK冷级的镀锡/镀铅屏蔽。测量结果表明，铝封装的屏蔽因子优于铜封装的屏蔽因子8-10，并且添加镀锡/镀铅的1 K屏蔽进一步将铝配置中的相对屏蔽因子增加1-2个数量级。
2023-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
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
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 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
Comparing complex impedance and bias step measurements of Simons Observatory transition edge sensors
西蒙斯天文台（SO）将使用几台小型和大型孔径望远镜对宇宙微波背景（CMB）进行地面观测，每台望远镜配备数千至数万个超导铝锰（AlMn）过渡边缘传感器测辐射热计（TES）。在CMB制图期间，每个观测日需要多次对TES响应率和有效时间常数进行现场表征，以校准时间流。有效的时间常数通常是估计在现场简单地应用小振幅方波顶部的TES直流偏置，并拟合指数衰减的测辐射热计的响应。这些所谓的“偏置步骤”测量可以在整个阵列上快速实施，因此很有吸引力，因为它们占用很少的观察时间。然而，个别检测器复阻抗测量，而太慢，在观察期间实施，可以提供一个更全面的图片TES模型和更好地了解其时间响应。在这里，我们提出了许多原型SO测辐射热计的暗TES表征的结果，并比较通过偏置步骤测量的有效热时间常数来自复阻抗数据。
2020-12-17 astro-ph.IM
The Integration and Testing Program for the Simons Observatory Large Aperture Telescope Optics Tubes
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。6米大口径望远镜（LAT）将瞄准CMB的较小角标度，采用设计用于容纳多达13个单独光学管的低温接收器（LATR）。每个光学管是由三个硅透镜，红外阻挡过滤器，和三个双偏振，二向色TES检测器晶片。SO项目的科学目标要求这些光学管实现高通量光学性能，同时保持对系统效果的精密控制。我们描述的集成和测试程序的SO LATR光学管，将验证光学管的设计和组装之前，他们被运到SO网站和安装在LATR低温恒温器。该计划包括一个快速回转测试低温恒温器，用于冷却单个光学管，并验证低温性能和探测器读出组件。我们讨论了光学管必须满足的光学设计规范，以部署在天空和光学测试设备，是准备测量这些要求的套件。
2021-02-03 astro-ph.IM
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
The Simons Observatory: Production-level Fabrication of the Mid- and Ultra-High-Frequency Wafers
本文介绍了Simons Observatory中频与超高频探测器阵列及路由晶圆的生产级制造框架，通过工艺监控与低温测量等技术，成功交付近100个超导焦平面组件，其中88%探测器晶圆达到通道良率>95%的集成标准。
2024-03-27 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
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: 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
Simons Observatory Microwave SQUID Multiplexing Readout -- Cryogenic RF Amplifier and Coaxial Chain Design
西蒙斯天文台（SO）是一个即将在Cerro Toco高原（智利）进行的偏振敏感宇宙微波背景（CMB）实验，与其他光学和红外调查（例如，DESI、LSST、HSC）。为了使SO的四个望远镜中的每一个都能读出\bigO（10，000）个探测器，我们将采用微波SQUID复用技术。在目标复用因子为\bigO{(1,000)}的情况下，微波SQUID复用从未以SO所需的规模部署。在这里，我们提出了低温同轴电缆和RF组件链的设计，该组件链将室温读出电子设备连接到超导谐振器，该超导谐振器耦合到在亚开尔文温度下工作的过渡边缘传感器测辐射热计。我们描述的设计考虑，包括低温射频元件的选择，系统的线性度，噪声和热功耗。
2020-03-19 astro-ph.IM physics.ins-det
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
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: Design and Measured Performance of a Carbon Fiber Strut for a Cryogenic Truss
我们提出了一种新的碳纤维支柱设计，用于低温冷却桁架的西蒙斯天文台小孔径望远镜（SAT）的设计和测量性能。桁架由两个6061铝环组成，由24个支柱隔开。每个支柱由一个中心碳纤维管与两个铝端盖安装。我们通过（i）低温循环和破坏性拉伸测试支柱样品，（ii）非破坏性拉伸测试最终桁架，和（iii）测量碳纤维管的热导率来测试支柱和桁架的性能。我们发现，支柱强度是有限的安装紧固件和支柱端盖，而不是环氧树脂粘合剂或碳纤维管。这一结果与我们的数值预测是一致的。我们的热测量表明，通过支柱的传导热负荷（从4 K到1 K）将小于1 mW。这种支柱设计可能是用于其他低温支撑结构的有希望的候选者。
2022-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory: Large-Scale Characterization of 90/150 GHz TES Detector Modules
本文对西蒙斯天文台第一阶段的26个90/150 GHz中频TES探测器模块完成实验室低温测试，测得良率、饱和功率等关键参数均达标，性能符合灵敏度预测，为宇宙微波背景观测提供硬件支撑。
2024-01-29 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
Simons Observatory Focal-Plane Module: In-lab Testing and Characterization Program
本文介绍了为 Simons Observatory 焦面模块开发的高通量实验室测试与表征程序，涵盖良率、饱和功率等关键性能验证，并展示了原型模块的初步测试结果。
2022-07-06 astro-ph.IM physics.ins-det
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
The Simons Observatory: Development of a Pipeline to Detect Rapid Transients in Time-Ordered Data
The University of Melbourne（墨尔本大学）；The International School for Advanced Studies (SISSA)（国际高等研究院）；The National Institute for Nuclear Physics (INFN)（意大利国家核物理研究所）；The National Institute for Astrophysics (INAF)（意大利国家天体物理研究所）；The Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Specola Vaticana (Vatican Observatory)（梵蒂冈天文台）
西蒙观测站开发了一种管道用于检测毫秒到分钟级的瞬变现象，通过处理原始时间有序数据，实现了对快速动态信号的高灵敏度检测。
2026-09-23 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
Simons Observatory large aperture receiver simulation overview
西蒙斯天文台将使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从1角分到几十度，包含60，000多个探测器，采样频率在27至270千兆赫之间。SO将由一个6米口径的望远镜与30，000多个探测器以及一个半米口径折射相机阵列组成，这些相机共同耦合到另外30，000多个探测器。SO将测量我们宇宙的基本宇宙学参数，通过Sunyaev-Zeldovich效应发现高红移星系团，限制中微子的性质，并通过引力透镜寻找暗物质的特征。在本文中，我们将介绍SO大口径望远镜接收机（LATR）的模拟结果。我们将展示为确保接收器的结构完整性和热性能而进行的模拟的细节，并将展示结构支撑系统设计的有限元分析（FEA）结果。此外，将描述LATR的完整热模型。该模型将用于确保我们满足设计要求。最后，我们将介绍用于识别主要振动模式的FEA结果，以及抑制这些模式的计划方法。设计解决方案，这些问题已被告知模拟将被提交。
2018-08-20 astro-ph.IM
