Millimeter-Wave Polarimeters Using Kinetic Inductance Detectors for TolTEC and Beyond
微波动力学电感探测器（MKID）为下一代毫米波宇宙学和天文学实验所需的大型偏振计，成像和光谱仪阵列提供了一条引人注目的道路。我们描述了为50米大型毫米波望远镜（LMT）建造的TolTEC毫米波成像偏振计的馈源耦合MKID探测器的发展。TolTEC的观测计划于2019年初开始。TolTEC将包括$\sim$ 7，000个偏振敏感MKID，并将代表第一个在单片150 mm直径硅片上制造和部署的MKID阵列-这是未来使用超过$10^5$探测器进行大规模实验的关键一步。TolTEC将在1.1、1.4和2.0 mm的观测波段工作，并将使用二向色滤光片为每个通带定义一个物理上独立的焦平面，从而使偏振计能够使用简单的、直接吸收的电感结构，这些结构与入射辐射阻抗匹配。这项工作是NIST-Boulder更大计划的一部分，该计划旨在开发基于MKID的探测器技术，用于从毫米波到X射线的广泛光子能量范围。我们提出了详细的像素布局，并描述了方法，工具和灵活的设计参数，使该解决方案可以在毫米和亚毫米波段的任何地方使用进行优化。我们还提出了在1.1毫米波段工作的原型设备的测量，并将观察到的光学性能与模型和模拟预测的光学性能进行比较。
2018-03-08 astro-ph.IM
Hard X-Ray Focal-Plane Compton Spectro-Polarimeter: Detector Development and Sensitivity Evaluation
Physical Research Laboratory（物理研究实验室）；INAF-IAPS（意大利国家天体物理研究所-空间天体物理研究所）；Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理学与宇宙学研究所）
该研究基于CXPOL概念研制硬X射线光谱偏振仪，通过Geant4模拟与原型测试验证其性能，表明位置灵敏康普顿焦面仪器在下一代硬X射线光谱偏振测量中潜力巨大。
2026-08-04 astro-ph.IM
HARPO - A Gaseous TPC for High Angular Resolution Gamma-Ray Astronomy and Polarimetry from the MeV to the TeV
我们提出了一个“薄”的探测器作为一个高角度精度的望远镜和偏振仪的宇宙伽马射线以上的对创建阈值。我们已经建立了一个基于气体TPC的演示器。我们目前正在实验室中用带电的宇宙射线来表征探测器。在这里，我们介绍了它的一些属性。
2012-10-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Design of 280 GHz feedhorn-coupled TES arrays for the balloon-borne polarimeter SPIDER
我们描述了280 GHz的测辐射热探测器阵列，仪器的球载偏振计SPIDER。SPIDER的一个主要科学目标是测量宇宙微波背景的大尺度B模式偏振，以寻找宇宙暴胀的引力波特征。280 GHz通道通过限制来自星系尘埃排放的B模式污染水平来帮助实现这一科学目标。我们提出的焦平面单元的设计，它包括一个16 $\times$ 16阵列的圆锥形，波纹喇叭耦合到一个单片探测器阵列上制作的150毫米直径的硅片。探测器阵列能够通过波导探头耦合到过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的多路复用阵列进行偏振感测。天基信息平台接收器有三个280千兆赫的焦平面单元，总共包含765个空间像素和1，530个偏振敏感测辐射热计。通过制作和测量单喇叭天线，在中心频率为280 GHz的30%带宽内，获得了14.7个椭圆率为$<$ 1%的$^{\circ}$ FHWM高斯光束。我们提出了电磁仿真的检测电路，其中示出94%的带均，单偏振耦合效率，3%的反射和3%的辐射损耗。最后，我们展示了一个低热导测辐射热计，这是很好地描述了一个简单的TES模型，并表现出电噪声等效功率（NEP）= 2.6 $\times$ 10 $^{-17}$ W/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$，与声子噪声预测一致。
2016-07-07 astro-ph.IM
Gamma-Ray Polarimetry
本文回顾了高能光子偏振测量的基本概念与实验方法，重点介绍了硬X射线到MeV γ射线的散射偏振测量及更高能光子的对产生偏振测量，并展望了POLAR-2和COSI等新一代仪器的未来发射计划。
2022-05-04 astro-ph.IM
HARPO, a gas TPC active target for high-performance $γ$-ray astronomy; demonstration of the polarimetry of MeV $γ$-rays converting to $e^+ e^-$ pair
灵敏度在1兆电子伏以上的$γ$射线偏振计还没有飞上太空。$γ$-射线偏振测量将是宇宙源中工作的辐射过程的一个新窗口，这些过程产生线性偏振发射，每个过程具有不同的偏振分数。HARPO合作已经设计，建造和表征束上的气体TPC活性靶，我们已经证明了第一次的线性偏振MeV $γ$-射线束的偏振，从转换到$e^+ e^-$对的分析。
2018-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Radiation Damage Study of SensL J-Series Silicon Photomultipliers Using 101.4 MeV Protons
研究了J系列硅光电倍增器（SiPMs）的辐射损伤，并将其用于未来的星载闪烁探测器。几个SiPM样品暴露于101.4 MeV质子，1 MeV中子当量通量范围为1.27*10^8 n/cm^2至1.23*10^10 n/cm^2。辐照后，SiPM经历了暗电流和噪声的大幅增加，这可能会在功耗，热控制和低能量事件检测方面为长期运行的太空任务带来问题。用CeBr 3闪烁体晶体进行的测量表明，在暴露于1.23*10^10 n/cm^2和室温退火之后，单个6 mm方形SiPM在室温下的暗噪声从0.1 keV增加到2 keV。由于大的SiPM噪声，对于使用4-SiPM阵列的CeBr 3探测器，伽马射线探测阈值增加到约20 keV，对于使用16-SiPM阵列的探测器，伽马射线探测阈值增加到约40 keV。仅观察到质子照射对平均探测器信号的小的影响，这表明SiPM增益和光子探测效率没有变化或变化很小。
2020-07-21 astro-ph.IM physics.ins-det
The CLASS 150/220 GHz Polarimeter Array: Design, Assembly, and Characterization
我们报告了2019年6月交付给望远镜站点的宇宙学大角尺度探测器（CLASS）的偏振敏感二向色（150/220 GHz）探测器阵列的开发。150/220 GHz望远镜将与现有的40和90 GHz望远镜配合，对大角度尺度上的宇宙微波背景进行观测，目的是测量原始B模式信号、再电离的光学深度以及其他基本物理学和宇宙学。150/220 GHz焦平面阵列由三个探测器模块组成，总共有1020个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计。焦平面上的每个双偏振像素包含四个测辐射热计，用于测量150 GHz和220 GHz的两种线偏振状态。光通过平面正交模换能器（OMT）耦合，该换能器由铝硅合金（CE 7）制成的光滑壁喇叭天线阵列馈电。在这项工作中，我们讨论了150/220 GHz探测器阵列的设计，组装和实验室表征。探测器是光子噪声限制，我们估计总阵列噪声等效功率（NEP）为2.5和4 aW $\sqrt{\mathrm{s}}$为150和220 GHz的阵列，分别。
2020-01-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
POLAR-2 -- Latest Developments of the Next Generation GRB Polarimeter
POLAR-2通过扩大有效面积和扩展能量范围，旨在提升GRB偏振测量的精度与深度。
2025-11-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
MeV-GeV Polarimetry with $γ\to e^+e^-$: Asserting the Performance of Silicon Strip Detectors-Based Telescopes
伽马射线转换为$e^+e^-$对的偏振测量将为高能伽马射线天空打开一扇新的窗口，除其他外，它可以洞察恒星的辐射机制（曲率或同步加速器）或破译耀变体中伽马射线发射喷流的组成（轻子或轻强子）。基于均匀有源目标（气体探测器（MeV，HARPO）或乳剂（GeV，GRAINE）的偏振计的性能已经通过模拟和分析望远镜原型收集的线性偏振伽马射线束的数据进行了研究，并发现是优秀的。不过，目前的（费米LAT）、AGILE和未来的项目（AMEGO、ASTROGAM）伽马射线飞行任务使用的是基于硅条探测器（SSD）的主动目标。迄今为止，没有任何证据表明SSD的非零有效偏振不对称性，仅用模拟数据，并且从有效偏振不对称性的假设值获得灵敏度估计。我提出了一个表征的潜在的SSD为基础的主动目标的偏振与伽马射线转换对和各种方法的发展，以提高灵敏度。这项工作可以为从费米LAT和AGILE收集的十年数据中提供天空中最亮伽马射线源的偏振测量铺平道路，并指导未来任务的设计。
2022-09-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
HARPO: beam characterization of a TPC for gamma-ray polarimetry and high angular-resolution astronomy in the MeV-GeV range
时间投影室（TPC）可用于通过将光子转换成e+e-对来测量伽马射线的偏振，其具有在MeV-GeV能量范围内的优异的角度精度和灵敏度。气密性氩偏振仪（HARPO）原型的建立，以证明这一概念。它最近在日本的NewSUBARU设施的偏振光子束中进行了测试。我们提出了这个数据采集运行，它证明了HARPO TPC的出色性能。
2015-03-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Performance Evaluation of a silicon-based 6U Cubesat detector for soft $γ$-ray astronomy
本文提出一种用于MeV γ射线天文的硅基6U立方星载荷设计，仿真表明其在0.1-10 MeV灵敏度优于IBIS，约1 MeV处与COMPTEL相当，为低成本观测开辟新途径。
2024-05-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
First measurement of polarisation asymmetry of a gamma-ray beam between 1.74 to 74 MeV with the HARPO TPC
目前的$γ$射线望远镜在100 keV和100 MeV之间的能量范围内存在灵敏度差距，并且没有对1 MeV以上的宇宙源进行过偏振测量。过去和现在的e $^+$ e $^-$对望远镜在较低能量时受到被动钨转换板中电子的多次散射的限制。这导致低的角分辨率，并且因此，对低于1GeV的点源的灵敏度下降。由于相同的原因，由转换平面的方位角携带的偏振信息丢失。HARPO（密封氩偏振计）是一个研究开发计划，以验证气体探测器（时间投影室或TPC）作为高角分辨率和灵敏度望远镜和偏振计的操作，用于宇宙源的$γ$射线。它是朝着未来MeV-GeV范围的空间仪器迈出的第一步。我们建造并表征了一个30厘米的立方演示器[SPIE 91441 M]，并将其放入日本新斯巴鲁加速器的极化$γ$射线束中。数据是在光子能量从1.74 MeV到74 MeV，并与不同的偏振配置。我们描述的实验装置在梁。然后，我们描述了我们开发的软件来重建光子转换事件，特别关注低能量。我们还描述了用于比较结果的检测器的彻底模拟。最后，我们将提出的性能检测器提取从这个分析和初步测量的偏振不对称性。这种气体TPC原型在$γ$射线束中的束测试资格可以在不久的将来为MeV-GeV能量范围内的高性能$γ$射线天文学和偏振测量开辟道路。
2016-06-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Gamma-ray Astrophysics in the MeV Range: the ASTROGAM Concept and Beyond
在大约100 keV和1 GeV之间的能量范围对于大量的天体物理学主题是感兴趣的。特别是，（1）它是理解多信使时代极端过程所缺少的成分;（2）它允许定位宇宙射线与宇宙中背景物质和辐射的相互作用，并发现这些粒子的再加工;（3）最后但并非最不重要的是，伽马射线发射线追踪银河系内外元素的形成。此外，研究仍然在很大程度上未被探索的兆电子伏天文学领域将提供丰富的天文台科学，包括研究紧凑物体、太阳和地球科学以及基础物理学。硅微带探测器技术的发展使得在空间高效率、低本底探测MeV光子成为可能。在过去的十年中，探测器的概念（“ASTROGAM”）已被提出来实现这些目标，基于硅hodoscope，3D位置敏感量热计，和反符合探测器。在本文中，我们强调的重要性，一个中型（M级）的空间任务，被称为“ASTROMEV”，以实现这些目标。
2021-02-04 astro-ph.IM
Performance measurement of HARPO: a Time Projection Chamber as a gamma-ray telescope and polarimeter
我们分析了气体时间投影室（TPC）作为高性能的伽马射线望远镜和偏振仪在e $^+$ e $^-$对创建制度的性能。我们使用在已知偏振的伽马射线束收集的数据。TPC提供由气体体积中的每次转换引起的轨迹的两个正交投影$(x,z)$和$(y,z)$。我们使用一个简单的顶点查找程序，其中顶点和伪轨迹退出他们被确定。我们用蒙特卡罗模拟研究了单光子角分辨率的各种贡献，并将它们与实验数据进行了比较，发现它们非常吻合。由于探测器的非圆柱对称结构，对转换的方位角分布显示出偏差。这种偏差将在太空任务的长时间曝光中达到平均值，但对于这种双光束表征，我们通过双系统控制方案确保了其准确模拟，数据采集采用相对于光束偏振方向旋转几个角度的探测器，并采用非偏振光束进行系统控制。我们测量，第一次，在低能量对创建制度的线性偏振伽马射线束的偏振不对称性。这个亚GeV的能量范围对于宇宙源来说是至关重要的，因为它们的光谱是幂律的，随着能量的增加而迅速下降。这项工作可以为将极化伽马射线天文学扩展到MeV能量范围之外铺平道路。
2017-08-30 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Event Selection and Background Rejection in Time Projection Chambers Using Convolutional Neural Networks and a Specific Application to the AdEPT Gamma-ray Polarimeter Mission
高级高能对望远镜伽马射线偏振计使用一个时间投影室来测量对产生事件，预计产生的原始仪器数据速率比典型卫星数据通信可传输的速率高四个数量级。GammaNet是一种卷积神经网络，它提出通过对成对产生和背景事件进行事件分类来解决这个问题，将数据速率降低到典型卫星通信系统可以容纳的水平。为了训练GammaNet，使用Geant 4蒙特卡罗代码为高级高能对望远镜模拟了一组1.1x10^6对产生事件和10^6个背景事件。另外还模拟了一组10^3对产生和10^5个背景事件，以测试GammaNet的背景辨别能力。经过优化，GammaNet已经达到了银河宇宙线质子事件的背景抑制要求。假设下行链路速度为最佳情况，对于5和250 MeV的入射伽马射线，电子对产生的信号灵敏度范围在1.1 +/- 0.5%至69 +/- 2%之间。对于下行链路速度的最差情况，该范围变为0.1 +/- 0.1%至17 +/- 2%。将特征可视化算法应用于GammaNet表明，对电子噪声和退出或进入帧的事件的响应降低，对靠近的平行轨道的响应增加。GammaNet已成功实施，并显示出可喜的成果。
2020-11-13 astro-ph.IM hep-ex physics.app-ph
SiAl Alloy Feedhorn Arrays: Material Properties, Feedhorn Design, and Astrophysical Applications
我们在这里提出了一个研究使用的SiAl合金CE 7的硅器件在低温下的封装。我们报告的发展，基板和喇叭天线阵列的毫米波测辐射热探测器的天体物理。这种检测器的现有接口通常由金属制成，金属易于加工但与Si器件的热收缩曲线不匹配，或者由硅制成，硅避免了不匹配但难以直接加工。CE 7具有Si和Al的性质，这使得它非常适合这种应用。我们测量CE 7以a）在临界转变温度$T_c$，$\sim$ 1.2 K以下超导，b）具有比金属更接近Si的热收缩曲线，这使得能够进行简单的配合，以及c）具有低热导率，这可以通过Au电镀来改善。我们的研究还表明，与纯硅和类似衬底相比，CE 7可以足够好地加工以制造小结构，例如0 -80个螺纹孔，以达到严格的公差（$\sim$ 25 $μ$ m）。我们已经制造了CE 7基板部署在93 GHz的偏振焦平面中使用的宇宙学大角度尺度测量仪（CLASS）。我们还报告了CE 7制成的光滑壁喇叭天线阵列的发展，该阵列将用于CLASS高频相机的二向色150/220 GHz探测器的焦平面。
2018-07-09 astro-ph.IM
Response of the first POLAR-2 Prototype to Polarized Beams
本文报道首个 POLAR-2 偏振仪模块原型在 ESRF 完全偏振伽马束上的校准结果，并结合仿真评估完整探测器性能。
2024-06-09 astro-ph.IM
Development of a Silicon Tracker for the All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory Prototype
从几百千电子伏到$\sim$一百兆电子伏的伽马射线天空，由于在这个区域探测伽马射线的挑战性，在很大程度上还没有被探索。在较低的能量，康普顿散射是占主导地位的相互作用过程，而在较高的能量对生产占主导地位，在几兆电子伏的交叉。因此，一个仪器设计工作在这个能量范围内，必须优化康普顿和对生产事件。AMEGO是全天空中能伽马射线观测站，是考虑用于2020年十年期调查的探测级飞行任务，其设计工作能量范围为$\sim$ 200 keV至$>$ 10 GeV，灵敏度提高了一个数量级以上，与以前的仪器相比具有更高的角度和能量分辨率。AMEGO由四个主要的子系统组成：一个用于拒绝宇宙射线事件的塑料反符合探测器，一个用于跟踪成对产生产物以及跟踪和测量康普顿散射电子能量的硅跟踪器，一个用于测量康普顿散射光子能量和位置的碲化镉锌量热计，以及一个用于测量高能成对产生产物能量的CsI量热计。一种名为ComPair的原型仪器正在美国宇航局戈达德太空飞行中心和美国海军研究实验室开发。在本文中，我们提供了有关硅跟踪器子系统开发的详细信息。
2019-02-25 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of 1.7 to 74 MeV polarised gamma rays with the HARPO TPC
目前基于光子转换成电子-正电子对的γ射线望远镜，如费米望远镜，使用钨转换器。它们在低能量下受到有限的角分辨率的影响，并且它们的灵敏度下降到1 GeV以下。气体探测器中的低多次散射使得在MeV-GeV范围内获得更高的角分辨率，并且通过电子-正电子对的方位角获得光子的线性偏振。HARPO是一个研究与发展计划，旨在验证TPC（时间投影室）作为高角分辨率和高灵敏度望远镜和偏振计的操作，用于宇宙源的γ射线。它是迈向未来空间文书的第一步。建造了一个30厘米立方的TPC演示器，并填充了2巴的氩基气体。2014年11月，它被放置在日本新斯巴鲁加速器的极化γ射线束中。数据是在不同的光子能量从1.7 MeV到74 MeV，并与不同的偏振配置。电子设置进行了说明，重点是触发系统。快速描述了事件重建算法，并显示了11 MeV光子极化的初步测量结果。
2016-03-22 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First flight of the Gamma-Ray Imager/Polarimeter for Solar flares (GRIPS) instrument
太阳耀斑伽马射线成像仪/偏振计（GRIPS）是一个球载望远镜，旨在研究太阳耀斑粒子加速和传输。我们描述了GRIPS在2016年1月的首次南极长时间飞行，并报告了初步校准和科学结果。电子和离子动力学、粒子丰度和太阳耀斑中的周围等离子体条件可以通过用增强成像、光谱学和偏振测量法检查硬X射线和伽马射线发射（20千电子伏至10兆电子伏）来了解。GRIPS是专门设计来回答问题，包括：是什么原因导致高能电子产生HXR和高能离子产生伽马射线线之间的空间分离？相对论性电子的各向异性有多大？为什么它们能在日冕中占主导地位？被加速的物质和周围物质的成分是如何随空间和时间变化的，为什么？GRIPS对Ramaty高能太阳光谱成像仪（RHESSI）的关键技术改进包括3D位置敏感锗探测器（3D-GeDs）和单栅多间距旋转调制器（MPRM）准直器。3D-GeD具有几百keV的光谱FWHM分辨率和1 mm $^3$的空间分辨率$<$。对于康普顿散射的光子，通常为$\gtrsim$ 150 keV，可以跟踪能量沉积位点，提供偏振测量以及增强的背景减少。MPRM单网格设计提供两倍于RHESSI等双网格成像系统的吞吐量。网格由2.5 cm厚的W/Cu板条组成，具有1-13 mm可变狭缝间距，实现了12.5-162 arcsec的准连续FWHM角覆盖。该分辨率能够对各种耀斑尺寸的单独磁环足点发射成像。（来源编辑）
2016-09-27 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Radiation tests of the Silicon Drift Detectors for LOFT
在为期三年的评估阶段的LOFT任务，候选人的M3发射机会的欧空局宇宙视野计划，我们估计和测量的硅漂移探测器（SDD）的卫星仪器的辐射损伤。特别是，我们用质子（能量为0.8和11兆电子伏）照射探测器，以研究漏电流的增加和位移损坏产生的电荷收集效率的变化，我们用超高速尘埃颗粒“轰击”探测器，以测量碎片撞击的影响。在本文中，我们描述的测量和讨论的LOFT任务的背景下的结果。
2014-08-27 astro-ph.IM physics.ins-det
AstroPix: Novel monolithic active pixel silicon sensors for future gamma-ray telescopes
空间伽马射线望远镜，如费米大面积望远镜，使用单面硅条探测器以高分辨率跟踪初级伽马射线产生的次级带电粒子。在keV-MeV望远镜瞄准的较低能量下，事件重建需要单个探测器内的二维位置信息-特别是在康普顿区域。这项工作描述了单片CMOS有源像素硅传感器- AstroPix -作为一种新的技术，用于未来的伽马射线望远镜的发展。AstroPix基于专为大型强子对撞机ATLAS探测器设计的传感器（ATLASPix），具有保持高性能的潜力，同时以低功耗降低噪声。这是通过每个CMOS像素中的双重检测和读出能力来实现的。AstroPix的开发和测试的状态，以及未来的测试和应用前景，将提出。
2022-09-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Linear Polarimetry with $γ\rightarrow e^+e^-$ conversions
$γ$射线由宇宙源通过非热过程发射，产生非偏振光子，例如来自强子相互作用中的$π^0$衰变的光子，或来自同步辐射的线性偏振光子以及这些光子在高能带电粒子上的逆康普顿上移。例如，在MeV能量范围内的偏振测量将提供一个强有力的工具来区分耀变体的“轻子”和“强子”发射模型，但是没有灵敏度超过1，000 MeV的偏振计被送入太空。低$Z$转换望远镜如硅探测器的发展是为了提高角分辨率和100 MeV以下的点状灵敏度。我们已经表明，在均匀的情况下，低密度的有源目标，如气体时间投影室（TPC），单道角分辨率甚至更好，是如此之好，另外，可以执行的入射辐射的线性偏振。我们实际上描述了这种望远镜的原型在光束上的性能。跟踪器中的轨道动量测量将使低质量空间任务中的无热量计、大有效面积望远镜成为可能。一个最佳的无偏的动量估计可以得到，在跟踪器单独的基础上，多重散射的动量依赖性，从贝叶斯分析的卡尔曼滤波器应用到轨道的创新。
2017-11-01 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
