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
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
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
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
Thermal kinetic inductance detectors for ground-based millimeter-wave cosmology
我们显示的测量热动力学电感探测器（TKID）的毫米波宇宙学在200-300 GHz的大气窗口。TKID是一种利用超导谐振器的动态电感来测量热隔离测辐射热计岛的温度的测辐射热计。测量了测辐射热计的热导、时间常数和噪声等效功率。我们还测量了我们的谐振器的品质因数作为浴温度的变化，以显示它们是有限的影响与耦合到两个级别的系统。
2018-03-20 astro-ph.IM
NIKEL: Electronics and data acquisition for kilopixels kinetic inductance camera
研制了一种用于毫米波天文学的微波动态电感探测器（MKIDS）阵列实时监测的数字频率复用电子学样机。由于频率复用，它可以在500 MHz带宽上同时监测400个像素，并且只需要两根同轴电缆就可以测量如此大的阵列。本文介绍了所选择的解决方案和实现的性能。
2012-06-08 astro-ph.IM
Optical and Near-IR Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs) in the 2020s
光学和近红外微波动力学电感探测器（MKID）是超导光子计数探测器，能够测量单个OIR光子的能量和到达时间，而不会产生读取噪声或暗电流。在本白皮书中，我们将讨论OIR MKID和基于MKID的仪器的现状。
2019-08-07 astro-ph.IM
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
Electronics and data acquisition demonstrator for a kinetic inductance camera
研制了一种用于毫米波天文学的动态电感探测器（KIDS）阵列实时监测的数字频率复用电子学样机。它只需要2个同轴电缆的仪器大阵列。为此，产生频率的激励梳并通过检测器馈送。直接频率合成和数据采集在很大程度上依赖于一个大的FPGA使用并行和流水线处理。该原型可以在125 MHz的带宽上测量128个谐振器（像素）。本文介绍了所选择的技术方案，所使用的算法和所获得的结果。
2011-06-01 astro-ph.IM
Niobium Silicon alloys for Kinetic Inductance Detectors
我们正在研究铌硅非晶合金作为高灵敏度动态电感探测器（KID）的制造，优化非常低的光负载的候选材料的属性。与其他复合材料一样，NbSi的性能可以通过改变其组分的相对量来改变。用T_c约为1 K的NbSi薄膜，我们已经能够获得第一个NbSi谐振器，观察到光学响应，并获得50 ~ 300 GHz的光谱。数据表明，这种材料具有很高的动态电感和正常状态的表面电阻率。这些特性是开发KID的理想选择。计划进行更多的测量，以进一步表征NbSi合金并充分研究其潜力。
2013-12-12 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
Modelling the Performance of Single-Photon Counting Kinetic Inductance Detectors
使用传统的超导体理论，我们讨论和验证了一个模型，该模型描述了单光子吸收事件的铝LEKID的能量分辨性能。虽然铝不是单光子计数应用的最佳材料，但这种材料很好理解，并用于理解这些探测器的底层器件物理。我们还讨论了数据分析技术，用于提取单光子检测噪声数据。
2018-01-31 astro-ph.IM
Simulating Cosmic Microwave Background anisotropy measurements for Microwave Kinetic Inductance Devices
微波动力学电感器件（MKID）准备允许大规模和本地多路复用光子探测器阵列，并且是下一代CMB第4阶段实验的自然选择，该实验将需要105个探测器。在这一过程中，ING我们讨论什么噪声性能的当代MKID意味着CMB测量。我们认为MKID噪声谱和模拟望远镜扫描策略，该策略将探测器噪声投射到CMB天空。然后，我们分析了模拟的CMB + MKID噪声，以了解特别是低频噪声对CMB的各种特征的影响，从而建立了一个框架，将MKID特征与扫描策略联系起来，以确定我们可以使用此类检测器探测的CMB信号类型。
2017-11-03 astro-ph.IM
Breaking the 10 mW/pixel Limit for Kinetic Inductance Detector Readout Electronics
本研究研发出基于CCAT-prime RFSoC的KID读出系统，突破每像素10 mW功耗极限，可支持4个各含最多1000个KID的网络，4通道满负载功耗低于40 W，并首次实现280 GHz原型阵列的扫频与谐振识别。
2023-05-01 astro-ph.IM
High speed readout electronics development for frequency-multiplexed kinetic inductance detector design optimization
微波动态电感探测器（MKID）是星载毫米波天文学的一种很有前途的解决方案。为了优化它们的设计，使它们对衬底中宇宙射线相互作用产生的弹道声子不敏感，必须研究声子在硅中的传播。开发了一种专用的快速读出电子设备，使用信道化数字下变频，在100MHz带宽上监测多达12个MKID。得益于快速ADC采样和陡峭数字滤波，可在约2 Msps的速度下提供具有高动态范围的同相和正交采样。本文介绍了所选择的技术方案和取得的成果。
2013-11-12 astro-ph.IM
On-Chip Resonator for Nonlinear Kinetic Inductance Characterisation and Future Spectrometry Applications
Cardiff University（卡迪夫大学）
本文开发了可调超导片上谐振器，利用超导铝的电流依赖非线性动能电感，研究氧含量影响，通过蒸发铝薄膜进行实验，旨在优化毫米波片上光谱仪的设计，提升性能。
2026-05-06 astro-ph.IM
Design of microstrip-line coupled kinetic inductance detectors for near infrared astronomy
动力学电感探测器（KID）具有低噪声、快速响应和光子计数的特点，在天文观测中具有巨大的潜力，如寻找系外行星。本文介绍了一种用于近红外天文观测的微带线耦合KIDS阵列的设计过程和仿真结果。与共面波导馈线相比，微带馈线不需要空气桥，简化了制作工艺。在设计部分，我们主要讨论了阻抗变换网络、KID结构以及频率串扰的仿真。测试阵列由8行13列共104个谐振器组成，频率范围为4.899 ~ 6.194 GHz。仿真结果表明，该天线的间距约为200 $μ$ m，频率串扰小于50 kHz.
2022-09-20 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
Operational Optimization to Maximize Dynamic Range in EXCLAIM Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是高度可扩展的探测器，在高空气球望远镜和太空实验室环境中的远红外线中表现出几乎背景有限的灵敏度。此外，探测器具有丰富的设计空间，具有许多可优化的参数，允许在宽动态范围内进行高灵敏度测量。由于这些原因，MKID被选为低温大孔径强度测绘实验（EXCLAIM），这是一种球载望远镜，目标是在420-540 GHz的高空大气环境中实现几乎受背景限制的性能。我们描述了MKID优化的EXCLAIM的特定背景下，并提供适用于更广泛的应用程序的一般结果。扩展音调频率跟踪的既定方法，我们表明，读出功率优化，使显着的，进一步改善动态范围。
2022-04-28 astro-ph.IM
A Superconducting Phase Shifter and Traveling Wave Kinetic Inductance Parametric Amplifier for W-Band Astronomy
W波段（$75-110\; \mathrm{GHz}$）的天空包含了大量关于恒星形成、星系演化和宇宙微波背景的信息。我们已经设计和制造了一个两用的超导电路，以促进下一代天文观测在这一制度提供了概念验证的毫米波低损耗移相器，它可以作为一个芯片上的傅里叶变换光谱仪（FTS）和行波动力学电感参量放大器（TKIP）。超导传输线具有取决于线中的电感的传播速度，线中的电感是超导体中的几何电感和动力学电感的组合。动态电感具有非线性分量，其具有特征电流$I_*$，并且可以通过施加DC电流、改变传播速度和有效路径长度来调制。我们的测试电路被设计为测量路径长度差或相移，$Δϕ$，当一条线被偏置与直流电流时，两条对称传输线之间。为了提供一个测量$Δϕ$，优化高增益W波段TKIP的关键参数，并调制信号路径长度在FTS操作，我们的$3.6 \times 2.5\; \mathrm{cm}$芯片采用了一对$503\; \mathrm{mm}$长NbTiN倒置微带线耦合到圆形波导端口通过径向探针。对于宽度为$3\; \mathrm{μm}$和膜厚为$20\; \mathrm{nm}$的线，当偏置接近$I_*$时，我们预测$Δϕ\approx1767\; \mathrm{rad}$为$90\; \mathrm{GHz}$。我们已经制作了一个原型与$200\; \mathrm{nm}$厚Nb膜和相同的线的长度和宽度…
2017-10-31 astro-ph.IM
Complex beam mapping and Fourier optics analysis of a wide field Microwave Kinetic Inductance Detector camera
对于天文仪器，光学指向和耦合的准确知识对于在集成和部署之前表征（子）系统的对准和性能至关重要。理想情况下，这需要光学系统的相位响应，这对于直接（相位不敏感）检测器是以前无法获得的。在这里，我们显示了相位敏感的复杂的光束图案技术的发展，使用双光源外差技术的大视场微波动态电感探测器相机在350 GHz。我们在这里展示了如何使用傅立叶光学分析测量数据，它允许集成到望远镜模型中，以在望远镜部署之前计算天空光束模式和望远镜孔径效率。
2020-02-10 astro-ph.IM
A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是超导探测器，能够计数单个光子并测量其在UV、光学和近IR中的能量。MKID具有微波频率下的固有频域复用（FDM），允许构建和读出大型阵列。由于微波FDM，MKID不需要用于类似探测器的复杂低温多路复用电子器件，例如过渡边缘传感器（TES），而是将这种复杂性转移到室温电子器件，在室温电子器件中，它们提出了强大的信号处理挑战。在本文中，我们描述了第一次成功的努力，建立一个读出的光子计数光学/近红外天文仪器，阵列相机的光学近红外分光光度计（ARCONS）。该读数基于天文信号处理和电子研究合作组织（CASPER）开发的开源硬件。主要为射电望远镜后端设计，它足够灵活，可用于各种信号处理应用。
2012-03-27 astro-ph.IM
Investigation of reflection-based measurements of microwave kinetic inductance detectors in the optical bands
该研究通过两种配置测量MKID阵列的反射单光子响应，证明反射读出可降低噪声，并在405 nm脉冲光下将中位能量分辨能力提升约20%–30%，适用于大型阵列。
2024-06-11 astro-ph.IM
Readout for Kinetic-Inductance-Detector-Based Submillimeter Radio Astronomy
在亚毫米和远红外波段的天文数据中包含了大量重要的科学信息，包括关于尘埃星系、星系团和恒星形成区的信息;然而，这些波段是天文学中探索最少的领域，因为这类研究涉及技术困难。在过去20年中，为研制亚毫米和毫米波长天文仪器和望远镜作出了相当大的努力。探测器的数量是这类仪器的一个重要特性，也是目前研究的主题。未来的望远镜将需要多达数十万个探测器来满足视场、扫描速度和分辨率方面的必要要求。大像素数是开发使用动态电感检测器（KID）技术的可复用检测器的一个益处。本文介绍了基于KID的仪器的读出电子学的各个方面的发展，该仪器实现了迄今为止在亚毫米/毫米波长成像阵列中实现的最大探测器计数之一：总共2304个探测器。本文中提出的工作已经在多波长亚毫米波电感相机（MUSIC）中实现，这是2013年至2015年期间加州理工学院亚毫米波天文台（CSO）的仪器。
2020-08-27 astro-ph.IM
Improving the energy resolution of photon counting Microwave Kinetic Inductance Detectors using principal component analysis
我们开发了一种光子能量测量方案，用于单光子计数微波动力学电感探测器（MKID），其使用主成分分析（PCA）来测量来自探测器产生的信号（“光子脉冲”）的入射光子的能量。PCA可以用于使用任意大量的特征来表征光子脉冲，因此基于PCA的能量测量不依赖于在标准滤波技术中做出的能量无关脉冲形状的假设。用于能量测量的基于PCA的方法在检测器在其饱和能量附近操作并且脉冲形状随光子能量强烈变化的应用中特别有用。先前已经表明，使用两个主成分的PCA可以用作能量测量方案。我们扩展了这些想法，并开发了一种方法来测量光子的能量，通过使用任何数量的主成分和任何数量的校准能量来表征它们的脉冲形状。应用这种技术与50个主成分，我们显示出改进的热动力学电感探测器（TKID）的能量分辨率从75 eV到43 eV，在5.9千电子伏。我们还将这种技术与50个主成分应用于从光学到近红外MKID的数据，并实现与现有分析技术的最佳结果一致的能量分辨率。
2021-11-02 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 Comparison of Fundamental Noise in Kinetic Inductance Detectors and Transition Edge Sensors for Millimeter-wave Applications
动力学电感探测器（KIDS）显示出作为在宽波长范围内进行天文观测的有竞争力的技术的前景。我们感兴趣的是比较的基本限制的灵敏度KIDS与过渡边缘传感器（TES）在毫米波长，特别是在所需的研究的宇宙微波背景（CMB）的波长。我们计算的总基本噪声所产生的各种浴温度和光负载的情况下，在毫米波长的应用程序中的TES和KID的光和热激发。特别考虑的情况下，地面观测的100千兆赫辐射与100 mK浴温度，条件符合计划的第二个模块的QUBIC望远镜，CMB仪器。在这些条件下，与典型的优化TES相比，具有优化的临界温度的氮化钛KID付出了几个百分比的噪声损失。
2014-02-14 astro-ph.IM
Optical Demonstration of THz, Dual-Polarization Sensitive Microwave Kinetic Inductance Detectors
下一代BLAST实验（BLAST-TNG）是一个亚轨道气球有效载荷，旨在绘制250 $μ$ m、350 $μ$ m和500 $μ$ m波段的偏振尘埃排放图。该仪器采用阶梯式半波片，以减少系统性。对探测器的一般要求是光子噪声受限和双极化敏感。为了实现这一目标，我们正在开发三个单片阵列的低温传感器，每个波段一个。每个阵列是馈电喇叭耦合和每个空间像素组成的两个正交间隔的偏振敏感的微波动力学电感探测器（MKID）从Ti/TiN多层膜制造。在以前的工作中，我们证明了光子噪声限制的灵敏度在250 $μ$ m波段的单极化设备。在这项工作中，我们提出了第一个结果的双极化敏感MKID在250 $μ$ m。
2016-03-09 astro-ph.IM
A Millimeter-Wave Photometric Camera for Long-Range Imaging Through Optical Obscurants Using Kinetic Inductance Detectors
针对透过光学遮蔽物的被动成像需求，开发了含3840个KIDs的150 GHz偏振敏感毫米波光度相机SKIPR，完成仪器设计、低温系统及KIDs表征，验证其衍射极限成像能力与92%探测器良率。
2025-02-20 astro-ph.IM
Suppressed-gap millimetre wave kinetic inductance detectors using DC-bias current
Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）
本文研究了使用直流偏置铝共振腔作为低频动能电感探测器在50-120GHz频率范围内的适用性，通过Usadel方程分析发现直流偏置共振腔具有显著抑制的超导态密度间隙，使其适合低频动能电感探测器。
2020-03-28 astro-ph.IM physics.app-ph
High-energy interactions in Kinetic Inductance Detectors arrays
宇宙射线对探测器的影响是天基探测任务的一个关键问题。我们正在研究这种相互作用对动态电感探测器阵列的影响，以便使这一技术适用于卫星。在提出一项新技术，如用于天基飞行任务的动力感应探测器之前，必须详细研究飞行中撞击探测器的宇宙射线问题。在这里，我们提出了几个测试与KID暴露于放射源，我们用它来再现的物理相互作用引起的初级宇宙射线，我们报告的结果，采用不同的解决方案的基板材料和阵列的几何形状。最后，我们概述了主要的指导方针，以遵循制造KID的天基应用。
2015-05-07 astro-ph.IM physics.ins-det
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
Design and Testing of Kinetic Inductance Detectors Made of Titanium Nitride
为了将高电阻材料用于动态电感检测器（KID），必须进行新的设计，部分原因是KID芯片和整个50欧姆读出电路之间需要阻抗匹配。从两个新的混合设计的芯片，与铝直通耦合到氮化钛微谐振器，已被测量和比较的TiN只有芯片。在混合芯片中，不存在寄生温度依赖的盒谐振。暗KID属性已被测量在一个大的谐振器。一个令人惊讶的长寿命，高达5.6毫秒，观察到在一些KID。对于其他更具重现性的器械，平均电噪声等效功率为5.4 10-19 W.Hz1/2。
2013-09-17 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
FFTS readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感检测器（MKID）对于用于例如亚毫米成像的大型非常灵敏的检测器阵列具有巨大的潜力。由于固有地在频域中读出，它们特别适合于频域多路复用，允许用一对同轴电缆读出$\sim$ 1000个器件。然而，这将探测器的复杂性从低温转移到温暖的电子设备。我们在这里提出的概念和实验演示使用快速傅里叶变换光谱仪（FFTS）读出，显示没有恶化的噪声性能相比，低噪声模拟混合，同时允许高复用比。
2009-03-13 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
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
Limitations to the energy resolution of single-photon sensitive Microwave Kinetic Inductance Detectors
本文研究了单光子敏感的MKIDs能量分辨率的限制因素，结合Fano效应、放大器噪声、电流不均匀性和读出采样频率建模，提出预测分辨能力上限波长依赖性的方法。
2024-02-15 astro-ph.IM physics.ins-det
Membrane-less phonon trapping and resolution enhancement in optical microwave kinetic inductance detectors
微波动态电感探测器（MKID）对紫外到近红外波长的光敏感，是超导微谐振器，能够以微秒精度测量光子到达时间并估计每个光子的能量。非膜MKID的分辨能力在1 $μ$ m处顽固地保持在10左右，尽管系统噪声有显著改善。在这里，我们表明，分辨率可以大致增加一倍，一个简单的双层设计，而不需要将设备上的膜，避免了制造复杂性的显着增加。基于声子传播的建模，我们发现，大部分的改进来自于由于缺乏可用的声子态，高能声子无法进入附加层。
2022-04-28 astro-ph.IM physics.ins-det
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
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
Photon-noise limited sensitivity in titanium nitride kinetic inductance detectors
本文研究了由TiN/Ti/TiN三层超导薄膜制成的馈电喇叭耦合微波动力学电感探测器（MKID）在亚毫米波段的光子噪声限制性能。绝缘体上硅晶片背面的微加工产生了四分之一波长的背短路，该背短路针对250 \micron的有效耦合进行了优化。当入射光功率为$>$ ~0.5~pW时，利用频率读出和观察变温黑体源，我们测量了与光子噪声一致的器件噪声，对应于噪声等效功率$>$ ~3 $\times 10^{-17}$ W/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$。这种灵敏度使这些器件适合在这些波长下的宽带光度应用。
2015-03-23 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
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
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
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
Kinetic inductance detectors for millimeter and submillimeter astronomy / Détecteurs à inductance cinétique pour l'astronomie millimétrique et sub-millimétrique
我们提出了最近的发展动态电感探测器（KID）的大型阵列的探测器。主要应用是地基毫米波天文学。作为案例研究，我们特别关注我们自己的实验：NIKA（Néel IRAM KID阵列）。NIKA是目前使用KID仪器的最佳现场实验，包括为Pico Veleta的IRAM 30米望远镜设计的双波段成像系统。我们在这篇文章中描述，一般情况介绍后，KID的工作原理和读出电子，至关重要的是利用固有的KID多路复用。我们得出结论，在2010年10月举行的最后一次运行期间，NIKA在2 mm和1.4 mm处同时观察到的天文源的一个小子集。介绍了近年来有关电影电感探测大矩阵（KID）的研究成果，主要应用于太阳毫米波天文学。Nous détailons en particulier notre propre caméra：NIKA（Néel IRAM KID Arrays）qui est aujourd'hui l'instrument le plus abbatemettant en oeuvre des KID. NIKA是Pico Veleta的30米IRAM的双波段摄像机。通过对这些文字中的工具性背景的分析，我们解释了KIDS和演讲电子学的功能原理，这对于多路复用的潜在潜力至关重要。最后，我们提出了NIKA在2010年12月进行的2 mm和1.4 mm波段的观测结果。
2012-01-27 astro-ph.IM physics.ins-det
Subgap kinetic inductance detector sensitive to 85-GHz radiation
我们研制了一种由粒状铝（$T_c\sim$ 2~K）制成的亚能隙动力学电感探测器（SKID）阵列，灵敏度在80-90 GHz，工作温度为300~mK。对于每像素50 fW的照明功率，我们测量的噪声等效功率平均为$1.3\times10^{-16}$ ~ W/Hz $^{0.5}$，最多为$2.6\times10^{-17}$ ~W/Hz $^{0.5}$。尽管SKID的电路设计与动态电感检测器（KID）的电路设计相同，但SKID的工作原理是基于其对子间隙激励的灵敏度。这种检测方案是有利的，因为它避免了必须与最低可检测频率成比例地降低操作温度。这里提出的SKID本质上选择80-90 GHz的频带，远低于薄膜的超导光谱间隙，大约180 GHz。
2021-04-06 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Magnetic field tunable spectral response of kinetic inductance detectors
本研究通过施加外部磁场调谐铝动态电感探测器的光学响应起始频率，发现超导能隙随磁场减小导致光谱响应变化，但内部品质因子因涡旋存在而滞后，并探讨了实现光谱测量的方案。
2025-01-28 astro-ph.IM cond-mat.supr-con 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
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
