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
End-to-end Deep Learning Pipeline for Microwave Kinetic Inductance Detector (MKID) Resonator Identification and Tuning
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
我们提出了一个基于机器学习的流水线的开发，以完全自动化用于读出光学/IR微波动态电感检测器（MKID）阵列的频率梳的校准。该过程涉及确定阵列中的每个像素（即谐振器）的谐振频率和最佳驱动功率，这通常是手动完成的。现代光学/IR MKID阵列，例如DARKNESS（暗斑点近红外能量分辨超导分光光度计）和MEC（MKID系外行星相机），包含10- 20，000个像素，使得校准过程极其耗时;每个2000像素馈线需要4-6小时的手动调谐。在这里，我们提出了一个管道，它使用一个单一的卷积神经网络（CNN），同时执行谐振器识别和调谐。我们发现，我们的流水线的性能等于手动调整过程，每个馈线只需要12分钟的计算时间。
2021-04-03 astro-ph.IM cs.LG
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
Polarization Sensitive Multi-Chroic MKIDs
我们报告的可扩展的原型微波动力学电感探测器（MKID）阵列的发展为未来的多千像素的实验，旨在同时表征的宇宙微波背景（CMB）和银河系尘埃排放的偏振特性。这些模块化阵列由喇叭耦合的偏振敏感MKID组成，每个像素有四个探测器：125和280 GHz之间的两个光谱带中的两个偏振。每个阵元用喇叭馈电，平面正交模换能器由两个波导探头对组成，将入射光分成两个线偏振。由谐振短截线带通滤波器组成的双工器将辐射分成125至170 GHz和190至280 GHz通带。毫米波功率最终使用我们合作开发的新型宽带电路耦合到混合共面波导微波动态电感检测器。电磁模拟表明，探测器的预期吸收效率约为90%。阵列制造将于2016年夏季开始。
2016-07-13 astro-ph.IM
Development of MKIDs for measurement of the Cosmic Microwave Background with the South Pole Telescope
我们目前的设计，模拟和初始测试结果的原型探测器的第四代接收器的南极望远镜（SPT）的细节。SPT-3G+针对探测宇宙微波背景（CMB）的关键次级各向异性进行了优化，将在220、285和345 GHz处测量毫米/亚毫米天空的温度和偏振，超出CMB黑体光谱的峰值。SPT-3G+焦平面将安装微波动力学电感探测器（MKID），从而显著提高探测器密度，降低低温复杂性。我们提出了在每个SPT-3G+观测频率下单色双偏振MKID像素的模拟支持设计。我们进一步描述了设计选择，以促进谐振器的质量和均匀性，使我们能够最大限度地提高可用的读出带宽。我们还讨论了制造过程中，使这些设备的快速生产方面，并提出了一系列的原型设备的初始暗特性。
2021-11-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Development of Multi-Chroic MKIDs for Next-Generation CMB Polarization Studies
我们报告的状态正在进行的努力，开发阵列的喇叭耦合，极化敏感的微波动力学电感探测器（MKID），每个敏感的两个光谱波段之间的125和280 GHz。这些多色MKID阵列是为下一代大探测器数量实验量身定制的，这些实验旨在同时表征宇宙微波背景（CMB）和银河尘埃发射的偏振特性。我们提出了我们的设备设计，并描述了基于实验室的测量结果，从两个23元素的原型阵列。从我们的第一个工程阵列的暗测量中，我们证明了复用因子为92，显示谐振器对浴温变化的响应符合预期，并发现制造产率为100%。从我们的第一个光学加载阵列，我们发现MKID响应毫米波脉冲，其他光学特性测量正在进行中。最后，我们讨论了我们在未来两年将这项技术扩展到千像素阵列的计划。
2018-07-29 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
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
Modeling Results and Baseline Design for an RF-SoC-Based Readout System for Microwave Kinetic Inductance Detectors
基于现有的信号处理技术和开源软件，本文提出了一种基于低温探测器的空间光谱焦平面仪器的RF片上系统频分复用读出的基线设计。不同的FPGA载板的权衡分析，试图找到一个最佳的下一代解决方案，读出更大的阵列微波动态电感探测器（MKID）。选择了Xilinx的ZCU 111 RF SoC FPGA板，并展示了这种集成系统如何增加可以读出的像素数量（每块板），从而降低每个像素的读出成本，质量和体积以及功耗，所有这些都是使MKID仪器更适用于地基和天基天体物理学的重要因素。片上的逻辑容量，形成一个主要的限制MKID的数量，可以读取，通道化，并与这个新的系统处理。因此，分析了新颖的信号处理技术，包括数字下变频（DDC）校正的次最大抽取采样，以在不损害信噪比的情况下降低逻辑要求。它还展示了如何将ZCU 111板与辅助FPGA板相结合，以允许利用所有8个ADC和8个DAC，提供足够的带宽来读取每个板组多达8，000个MKID，比最先进的技术提高了8倍，并且对于追求100，000像素阵列非常重要。最后，研究了将MKID的工作频率范围扩展到5 - 10 GHz范围（或可能更高）的可行性，并给出了这样做的一些好处和后果。
2023-02-09 astro-ph.IM
Interplay between phonon downconversion efficiency, density of states at Fermi energy, and intrinsic energy resolution for microwave kinectic inductance detectors
微波动力学电感探测器（MKIDS）是一种新的单光子探测工具。这些高度多路复用的超导设备为每个探测到的光子提供定时和能量测量。然而，MKID单光子光谱学的全部潜力还没有得到充分发挥，实现的能量分辨率低于第一原理的预期。在这里，我们研究的效率在声子下转换过程中的高能光子的吸收MKID。假设先前公开的材料性质，我们测量三个TiN谐振器的平均下转换效率为$η$ =0.14。我们讨论了这种效率如何影响MKID的固有能量分辨率，以及如何在费米能量下的未知电子态密度的任何不确定性直接影响效率估计。
2020-04-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Large-format platinum silicide microwave kinetic inductance detectors for optical to near-IR astronomy
我们已经制造并表征了10，000和20，440像素的微波动力学电感探测器（MKID）阵列，用于暗斑近红外能量分辨超导分光光度计（DARKNESS）和MKID系外行星相机（MEC）。这些仪器被设计成位于自适应光学系统后面，目标是在800-1400 nm波段直接对系外行星成像。以前的大型光学和近红外MKID阵列是使用硅衬底上的亚化学计量氮化钛（TiN）制造的。然而，这些阵列在TiN临界温度中遭受严重的不均匀性，导致共振偏离其设计值并降低可用的检测器产量。我们已经开始在蓝宝石上使用硅化铂（PtSi）代替TiN来制造DARKNESS和MEC阵列。这些阵列不仅具有比TiN阵列高得多的均匀性，从而导致更高的像素产量，而且它们已经证明比类似设计的TiN MKID更好的光谱分辨率。PtSi MKID也不显示当用波长短于1 μ m的光子照射硅MKID上的TiN时看到的热像素效应。
2017-10-19 astro-ph.IM physics.ins-det
MOMOS: The Multi-Object MKID Optical Spectrometer Simulator and Data Reduction Package
本文提出了多目标 MKID 光学光谱仪（MOMOS）的模拟器及数据还原包，利用无读出噪声和暗电流的 MKIDs 取代交叉色散器与探测器，并开发算法实现光谱校准与提取。
2025-03-01 astro-ph.IM
High-uniformity TiN/Ti/TiN multilayers for the development of Microwave Kinetic Inductance Detector
微波动力学电感探测器（MKIDS）是一类同时具有能量分辨率、时间分辨率和空间分辨率的超导低温探测器。MKID阵列的像素产率通常是MKID阵列表征中的关键品质因数。目前，对于用于检测光学和近红外光子的MKID，只有最好的阵列显示出高达75- 80%的像素产率。用于制造MKID阵列的超导膜的均匀性通常被认为是限制阵列的像素产量的主要因素。在本文中，我们将提出的TiN/Ti/TiN多层膜沉积在廷德尔国家研究所的均匀性的数据，并比较这些结果与一个统计模型，评估不均匀性如何影响像素产量的阵列。
2023-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Selective state space model for photon energy estimation in microwave kinetic inductance detectors
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
针对MKIDs标准能量估计器假设失效的问题，提出基于Mamba的选择性状态空间模型Venom，直接处理IQ时间流数据，在InHf和PtSi数据集上分别提升5%和66%的分辨能力。
2026-10-02 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
Applications for Microwave Kinetic Induction Detectors in Advanced Instrumentation
微波动力学电感探测器（MKIDS）是近年来发展起来的一种新型低温探测技术。其无与伦比的可扩展性使其对许多现代应用和科学仪器非常有吸引力。在本文中，我们打算概述MKID目前的使用方式和用途，或建议将来使用。基于MKID的项目正在进行或提议用于观测天文学，粒子物理学，材料科学和太赫兹成像，本次审查的目标是提供一个易于使用和全面的可能的起点列表，以便对从动力学电感探测器中获益的许多领域进行更深入的文献研究。
2021-11-16 astro-ph.IM hep-ex
Cryogenic microstripline-on-Kapton microwave interconnects
为了增加焦平面外差辐射计阵列的尺寸，需要简单的宽带微波互连。我们已经测量了在297和77 K的柔性电路技术中的微带传输线阵列的损耗和串扰，发现至少20 GHz的良好性能。Kapton基片的介电常数在297 ~ 77 K之间变化很小，电损耗下降。印刷电路结构中金属的小横截面积产生与不锈钢同轴电缆类似的总热导率。在操作上，主要的性能折衷是在串扰和热导率之间。我们测试了一个图案化的接地层，以减少热通量。
2012-06-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Readout of Microwave Kinetic Inductance Detector (MKID) Arrays for Habitable Worlds Observatory Using a Polyphase Filterbank Algorithm
针对HWO大规模MKID阵列读出需求，本文提出在航天级FPGA上部署PFB的定点数字设计方法，以实现资源高效、高精度且可扩展的高分辨率光谱处理。
2025-10-18 astro-ph.EP astro-ph.IM 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
Second Generation Readout For Large Format Photon Counting Microwave Kinetic Inductance Detectors
我们提出了第二代数字读出系统的光子计数微波动力学电感探测器（MKID）阵列工作在光学和近红外波段的发展。我们的系统保留了第一代系统的大部分核心信号处理架构，但具有更高的带宽，能够读出千像素MKID阵列。每组读出板能够读出1024个MKID像素复用超过2 GHz的带宽;两个这样的单元可以并行放置，读出一个完整的2048像素微波馈线超过4 - 8 GHz的频带。在第一代读出，我们的系统是能够识别，分析和记录光子探测事件的实时时间分辨率的顺序为几微秒。在这里，我们描述了硬件和固件，并提出了系统的噪声特性的分析。我们还提出了一种新的算法，有效地抑制IQ混频器边带低于-30 dBc。
2020-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
A measurement method for responsivity of microwave kinetic inductance detector by changing power of readout microwaves
超导探测器是一种应用于各个领域的现代技术。微波动态电感探测器（MKID）是一种前沿的超导探测器。它是基于超导谐振器电路的原理。进入MKID的辐射破坏超导谐振器中的库珀对，并且辐射的强度被检测为谐振条件的变化。因此，检测器响应度的校准，即，谐振相位相对于库珀对断裂（准粒子）的数量的变化是重要的。我们提出了一种响应度校准的方法。用于探测器读出的微波局部地升高了每个谐振器中的温度，这增加了准粒子的数量。由于温度上升的幅度取决于读出微波的功率，准粒子的数量也取决于微波的功率。通过改变读出微波的功率，我们同时测量了准粒子的相位差和寿命。我们计算的准粒子的数量从测量的寿命，并通过使用一个理论公式。这种测量产生作为准粒子数量的函数的相位响应之间的关系。我们证明了这种响应度校准使用MKID保持在285 mK。我们还确认使用这种方法和传统的校准方法的准确性方面获得的结果之间的一致性。
2019-07-08 astro-ph.IM physics.ins-det
GroundBIRD Telescope: Systematics Modelization of MKID Arrays Response
Korea University（韩国大学）；Instituto de Astrofísica de Canarias（加那利天体物理研究所）；Universidad de La Laguna（拉古纳大学）；Tohoku University（东北大学）；University of Tsukuba（筑波大学）；RIKEN（理化学研究所）
GroundBIRD望远镜通过建模MKID阵列响应的系统学，识别大气负载为主要频率变化来源。
2026-03-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Repurposing ROACH-1 boards for prototyping of readout systems for optical-NIR MKIDs
微波动力学感应探测器（MKIDS）是低温光子探测器，具有很大的吸引力，因为它们可以同时获得微弱天文源的时间、能量和空间分辨率。我们提出了一种具有成本效益的替代专用（例如模拟）电子产品，通过重新利用现有的和众所周知的ROACH-1板来实现单像素光学/近红外MKID的原型读出。我们还提出了一个管道，使以前开发的软件和数据框架现代化，以允许新应用的可扩展性和新硬件的可移植性（例如Xilinx ZCU 111或2x2 RFSoC板）。
2023-01-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Multiplexed Readout for 1000-pixel Arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是远红外和亚毫米天文学最有吸引力的辐射探测器：它们将最终的灵敏度与创建超过10 000像素的超大探测器阵列的可能性相结合。这通过使用RF频分复用读出阵列是可能的，RF频分复用允许每个读出线超过1000个像素的复用比。我们描述了一种新的读出系统的大阵列的MKID，在2 GHz频段的4-8 GHz范围内工作。读出，这是一个数字前端和后端和模拟上下变频器系统的组合，可以读出多达4000个探测器同时与1 kHz的数据速率。该系统实现了读出噪声功率谱密度为-98 dBc/Hz，同时读取1000个载波，这与载波的数量成线性比例。我们证明，4000国家的最先进的铌氮化钛MKID可以读出，而不会恶化其固有的性能。
2016-04-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurements and analysis of optical crosstalk in a microwave kinetic inductance detector array
微波动态电感探测器阵列（MKID）的主要优点是它们的多路复用能力，这使得相机具有大量的像素和良好的灵敏度，特别适合于执行大型空白星系调查。然而，为了具有尽可能多的像素，有必要将检测器布置成在读出频率上接近。因此，KID在频率上重叠并且彼此耦合，从而产生串扰。由于串扰只能通过改进阵列设计来最小化，因此在这项工作中，我们的目标是事后纠正这种影响。我们分析了由880个读出频率在4-8 GHz的KID组成的MKID阵列。我们测量了阵列中每个探测器的光束模式，并通过使用二维高斯拟合描述了每个探测器的响应。然后，我们识别出受串扰影响的检测器，该串扰高于最大值的-30 dB水平，并去除串扰检测器的信号。此外，我们从假设KID的传输是功率的洛伦兹函数开始，将每个KID的串扰水平建模为读出频率分离的函数。我们能够描述阵列的一般串扰水平和每个KID的串扰在5 dB以内，因此能够将串扰作为设计标准来设计未来的阵列。在这项工作中，我们证明，它是可能的后验处理MKID图像，以减少串扰效应，从原始地图中减去每个耦合KID的响应。
2016-09-01 astro-ph.IM
Characterization of sputtered hafnium thin films for high quality factor microwave kinetic inductance detectors
铪是元素超导体，其以六方密堆积结构结晶，具有转变温度$T_{C} \simeq 400 mK$，并且在$90 μΩ. cm$附近具有高正常态电阻率。在微波动力学电感检测器（MKID）中，这些性质是有利的，因为它们允许创建对光学和近红外辐射敏感的检测器。在这项工作中，我们研究如何溅射条件，特别是在沉积过程中施加到目标的功率，影响铪$T_{C}$，电阻率，应力，纹理和优先晶体取向。我们发现，相对于基板的目标的位置强烈影响的取向的微晶在薄膜和内部品质因数，$Q_{i}$，从薄膜制造的MKID。特别地，我们证明了在法向入射角、低压和低等离子体功率下的DC磁控溅射沉积促进了压缩（002）取向膜的生长，并且这种膜可用于制造具有高达600，000的$Q_{i}$的高品质因数MKID。
2020-04-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Mitigation of Cosmic Ray Effect on Microwave Kinetic Inductance Detector Arrays
对于空间天文台，宇宙射线粒子与探测器基底相互作用产生的高能声子引起的毛刺导致观测期间的死区时间。因此，减轻宇宙射线的影响是对未来空间飞行任务中使用的探测器的一项重要要求。为了研究可能的解决方案，我们进行了系统的研究，通过测试四个大阵列的微波动力学电感探测器（MKID），每个组成的$\sim$ 960像素和单片55毫米$\times$ 55毫米$\times$ 0.35毫米硅基板上制造。我们比较宇宙射线相互作用在我们的实验室中不同的探测器阵列的响应：一个标准的阵列，只有MKID阵列作为参考;一个阵列与低$T_c$超导薄膜作为声子吸收体的基板的相对侧;和阵列与MKID膜。该想法是低$T_c$层将声子能量下转换为低于MKID的对断裂阈值的值，并且膜将MKID的敏感部分与在基底中产生的声子隔离。我们发现，死区时间可以减少到一个因素的40时相比，参考阵列。仿真结果表明，在L2或类似的远地轨道上的航天器上运行时，测试的探测器阵列的死时间可以减少到1%以下。这里描述的技术也适用于未来量子计算机的大型超导量子比特阵列，并且非常重要。
2019-01-10 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Superconducting Materials for Microwave Kinetic Inductance Detectors
构成MKID的超导材料对其性能有显著影响。薄膜的$T_\textrm{c}$和正常状态电阻率$ρ_\textrm{N}$决定了穿透深度$λ$，并因此决定了它具有多少动态电感。动态电感与总电感之比（$α$）、电感器的体积和$Q_\textrm{m}$决定了对输入能量的响应幅度。准粒子寿命$τ_\textrm{qp}$是MKID的表面阻抗被入射能量改变的特征时间。许多材料已经被探索用于超导谐振器和MKID，但这些信息通常没有发表或分散在文献中。本章包含了过去二十年来MKID用薄膜光刻电路所做工作的信息和参考资料。注意，测量的材料特性，如内部损耗品质因数$Q_\textrm{i}$和准粒子寿命$τ_\textrm{qp}$，根据MKID超导薄膜的制造方法和测量系统的不同而有很大的不同，因此最好将所有规定的值解释为典型值，但不是决定性的。在没有足够的测量值或文献中存在太多分歧以估计典型值的情况下，省略值。为了尽可能的完整，作者实验室的一些未发表的结果被包括在内，并且可以通过缺乏参考来识别。除非另有说明，否则所有薄膜都是多晶或非晶的。
2020-04-29 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
RF-ICE: large-scale gigahertz readout of frequency-multiplexed microwave kinetic inductance detectors
RF-ICE是一种面向MKIDs的千兆赫读出平台，基于FPGA实现0-6 GHz直接数字合成，支持两个1024通道模块，用于毫米波望远镜，并计划部署于SPT-SLIM和SPT-3G+实验。
2023-10-11 astro-ph.IM
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
GroundBIRD : A CMB polarization experiment with MKID arrays
GroundBird是一个精确观测宇宙微波背景偏振的地面实验。为了在大角度范围内实现高灵敏度，我们在实验中采用了三个特点：快速旋转扫描，微波动力学电感探测器（MKID）和冷光学。旋转扫描策略具有抑制$1/f$噪声的优点。它还提供了40%的大天空覆盖范围，这与$l \sim 6$的大角度尺度相对应。这使得我们能够通过使用低$l$ B模式谱来约束张量标量比。焦平面由7个MKID阵列组成，用于两个目标频率，145 GHz和220 GHz频段。总共有161个像素，其中138个用于144 GHz，23个用于220 GHz。该阵列目前正在开发中，原型将很快在望远镜中进行评估。GroundBird望远镜将在泰德天文台观测CMB。这架望远镜从日本搬到了特内里费岛，目前正在接受测试。我们介绍了GroundBird实验的现状和计划。
2020-11-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
First Principle Simulator of a Stochastically Varying Image Plane for Photon-Counting High Contrast Applications
光学和近红外微波动力学电感探测器（MKID）是具有固有光谱分辨率的低温探测器，能够立即记录单个光子，而不会出现错误计数或读出噪声。这些特性使MKID通过启用基于光子统计的行星鉴别技术以及在较短时间尺度上执行传统的噪声减除技术而对系外行星直接成像进行变革。这些探测器正处于快速发展的过程中，因此，其性能增强潜力的全部程度尚未量化。MKID Exoplanet Direct Imaging Simulator（MEDIS）是一个通用的端到端数值模拟器，用于MKID的高对比度观测。该模拟器利用当前的光传播库，并增加了一个新的MKID模拟模块，以提供检测过程中存在的许多退化效应的实用模型。我们使用MEDIS来演示当传统的差分成像技术应用于低通量，短时间观测时，各种MKID属性的变化如何影响对比度分离性能。我们表明，以提高性能在接近的分离将需要增加最大计数率或像素采样时，有高残留通量后的电晕放电。我们预测，从当前仪器实现的80%的值中取出像素产率并将其增加到100%将导致对比度的改善，在3 $λ/D$时为$\sim$ 4，在6 $λ/D$时为$\sim$ 8。在这种低通量状态下实现更好的对比度性能则需要利用光子到达时间统计中编码的信息。
2020-07-30 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
Commissioning the CMB polarization telescope GroundBIRD with the full set of detectors
GroundBIRD望远镜通过配备NbTiN/Al混合MKID阵列观测大角尺度CMB偏振，旨在精确测量再电离光学深度以检验系统效应，现已完成调试并开启远程科学观测。
2024-07-24 astro-ph.IM
KSIM: simulating KIDSpec, a Microwave Kinetic Inductance Detector spectrograph for the optical/NIR
本文介绍 Python 仿真包 KSIM，用于评估并优化光学/近红外 MKID 光谱仪 KIDSpec 的多种设计，结果显示其抗坏像素能力强，且在短曝光暗弱目标上 SNR 显著优于 X-Shooter。
2023-06-05 astro-ph.IM
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
DARKNESS: A Microwave Kinetic Inductance Detector Integral Field Spectrograph for High-Contrast Astronomy
我们目前的黑暗（暗斑近红外能量分辨超导分光光度计），第一个计划的积分场光谱仪使用光学/近红外微波动力学电感探测器（MKID）的高对比度成像。MKID提供的光子计数和同步低分辨率光谱学将实现实时散斑控制技术和帧速率下的后处理散斑抑制，能够解决目前限制地面高对比度成像的大气散斑。“黑暗”现在在帕洛玛天文台的PALM-3000极端自适应光学系统和恒星双日冕仪后面运行。在这里，我们描述的动机，设计和表征的仪器，早期的天空结果，和未来的前景。
2018-04-17 astro-ph.EP 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
Instrumental performance and results from testing of the BLAST-TNG receiver, submillimeter optics, and MKID arrays
来自星际尘埃颗粒的偏振热辐射可以用来绘制恒星形成分子云和弥漫星际介质（ISM）中的磁场。2010年和2012年，南极洲发射的大口径亚毫米波偏振测量望远镜（BLASTPol）以角分分辨率拍摄了附近几个分子云的度尺度偏振图。BLASTPol的成功激发了下一代仪器BLAST-TNG的发展，该仪器将使用3000多个线性偏振敏感微波动力学电感探测器（MKID），结合直径为2.5米的碳纤维主镜，在250、350和500 $μ$ m处进行衍射极限观测。BLAST-TNG的绘图速度是BLASTPol的16倍，分辨率为亚弧分，飞行时间更长，将能够以前所未有的细节检查附近的分子云和弥漫的星系尘埃偏振光谱。250 $μ$ m探测器阵列已被集成到新的低温接收器中，目前正在进行测试，以确定仪器的光学和偏振特性。BLAST-TNG将展示千像素MKID阵列在亚毫米天文学应用中的有效性。BLAST-TNG计划于2017年12月从南极洲起飞，为期28天，将成为第一个提供四分之一飞行时间的气球望远镜，用于社区的“共担风险”观测。
2016-08-18 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
Tunable responsivity and bandwidth in microwave kinetic inductance detectors via readout current nonlinearity
t0.technology；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Department of Physics and Trottier Space Institute, McGill University（麦吉尔大学物理系和特罗蒂尔太空研究所）
研究通过调整读出功率和频率至接近谐振器分岔点，增强微波动态电感探测器光响应，同时减小带宽，还能通过调整激励选择反馈效应强度，可提高探测器在非本征噪声源显著时的灵敏度。
2026-08-28 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide: A Low-loss Deposited Dielectric for Microwave to Submillimeter Wave Superconducting Circuits
低损耗的沉积超导体将有利于超导器件，如集成超导谱仪，超导量子比特和动力学电感参量放大器。与平面结构相比，微带等多层结构更紧凑，消除了高频下的辐射损耗。多层结构最容易用沉积的介电层制造，其通常表现出比晶体介电层更高的介电损耗。用NbTiN/a-SiC：H/NbTiN微带谐振器超导芯片测量了氢化非晶碳化硅（a-SiC：H）的亚开尔文、低功率微波和毫米波介电损耗。我们通过等离子体增强化学气相沉积在400°C的衬底温度下沉积a-SiC：H。a-SiC：H在270至385 GHz的范围内具有范围从$0.80 \pm 0.01 \times 10^{-4}$至$1.43 \pm 0.04 \times 10^{-4}$的mm-亚mm损耗角正切。微波损耗角正切为$3.2 \pm 0.2 \times 10^{-5}$。这些是最低的低功率亚开尔文损耗角正切，已报告的微带谐振器在毫米-亚毫米和微波频率。我们观察到损耗角正切随频率增加。a-SiC：H膜没有气泡并且具有低应力：在200 nm厚度下的$-$ 20 MPa压缩至在1000 nm厚度下的60 MPa拉伸。
2021-10-07 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
Polychromatic pyramid wavefront sensor with MKID technology for high contrast imaging
Durham University（杜伦大学）；UK Astronomy Technology Centre（英国天文学技术中心）；W. M. Keck Observatory（W. M. 凯克天文台）
本文提出了一种多色金字塔波前传感器，利用MKID技术提升高对比成像的性能，通过更宽波长范围的传感提高对比度和限制星等。
2026-01-13 astro-ph.IM
Crosstalk Reduction for Superconducting Microwave Resonator Arrays
大规模阵列的微波动力学电感探测器（MKID）是有吸引力的候选人，用于成像仪器的下一代亚毫米波望远镜，如CCAT。我们已经设计和制造了紧密包装的250像素MKID阵列，使用集总元件谐振器蚀刻从超导TiNx沉积在硅衬底上的薄层。在我们的初始设计中，高像素封装密度导致谐振器之间的电磁耦合导致大的微波串扰。我们的第二种设计通过添加接地屏蔽并使用曲折电感的双绕组几何结构来消除此问题，以允许具有相反极性的导体非常接近。此外，谐振器频率在整个阵列上以棋盘图案分布。我们提出的两个谐振器和阵列设计的细节，并描述了一个电路模型的全阵列，预测谐振器的频率和串扰水平的分布。我们还展示了一种新的实验技术，方便地测量串扰，而无需光学设置的结果。我们的研究结果表明，在串扰从57%，在初始设计下降到\leq 2%，在第二个设计的改善。在这项工作中的一般程序和设计准则是适用于未来的大型阵列采用微波谐振器。
2012-06-25 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Nonlinearity and wideband parametric amplification in an NbTiN microstrip transmission line
研究了电容分流NbTiN微带传输线中超导动态电感随电流变化的非线性响应。有人发现，每单位长度的一个微带线的电感可以改变高达20%，通过施加一个直流电流，对应于0.7 ns的单程时间延迟。为了研究非线性耗散，布拉格反射器被放置在这种类型的传输线的一段的两端，在一定频率范围内产生谐振。从谐振线宽和幅度随直流电流的变化，发现该线的无功响应与耗散响应的比率为788。低损耗使得这些传输线适合于微波和毫米波段的非线性光学过程的模拟的许多应用。作为一个例子，通过应用毫米波泵浦音调，在大约3和34 GHz之间观察到非常宽的频带参量放大。作为一个芯片上的毫米波傅里叶变换光谱仪的电流可变延迟线的使用也被认为是。
2021-05-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of Dielectric Loss in Silicon Nitride at Centimeter and Millimeter Wavelengths
本研究提出三种测量技术，利用同一测试芯片表征氮化硅在1-150 GHz的介电损耗，发现150 GHz下损耗（tan δ约4×10^{-3}）高于1 GHz，方法可推广至其他材料与频段。
2023-04-03 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
Highly-multiplexed microwave SQUID readout using the SLAC Microresonator Radio Frequency (SMuRF) Electronics for Future CMB and Sub-millimeter Surveys
正在开发的下一代低温CMB和亚毫米相机需要密集的传感器阵列来满足其科学目标。例如，如为CMB-S4实验所建议的，大量（每个照相机$\sim$ 10，000 - 100，000）亚开尔文传感器的读出将需要冷读出和热读出技术的实质性改进。为了降低每个传感器的读出成本和集成复杂性，目前的努力集中在实现更高的复用密度，同时保持读出噪声低于固有检测器噪声。正在积极开发的高度多路复用冷读出技术包括微波动态电感传感器（MKID）和微波rf-SQUID。两者都利用超导微波谐振器的高品质因数来将亚开尔文传感器密集地引导到微波传输线的带宽中。我们提出了一种新的微波SQUID多路复用，SLAC超导微谐振器RF电子学，或SMuRF温读出系统的发展的进步。SMuRF系统的独特之处在于其跟踪每个音调的能力，最大限度地减少了读取每个谐振器所需的总RF功率，从而显著降低了冷读出和热读出的线性要求。在这里，我们提出的第一个完整的SMuRF系统的读出噪声和线性度的测量，包括一个528通道低温微波SQUID多路复用器的闭环音调跟踪演示。SMuRF正在探索作为未来CMB项目的潜在读出解决方案，包括西蒙斯天文台，BICEP阵列，CCAT-prime，Ali-CPT和CMB-S4。该平台的并行开发正在进行中，以适应SMuRF读取MKID和快速X射线TES热量计阵列。
2018-09-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
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
Superconducting Vacuum-Gap Crossovers for High Performance Microwave Applications
介绍了用于高性能毫米波应用的低损耗宽带超导真空间隙跨接器的设计和制造。为了减少毫米波长下的欧姆和寄生损耗，真空间隙相对于电介质间隔物是优选的。在这里，真空间隙交叉实现了通过使用牺牲聚合物层，然后通过铌溅射沉积优化涂层覆盖在下面的铌信号层。共面波导和微带交叉拓扑结构进行了详细探讨。所得到的制造工艺与用于实现波导耦合检测器的体微机械加工工艺兼容，所述体微机械加工工艺包括牺牲蜡结合和用于创建腿隔离硅膜结构的晶片背面深反应离子蚀刻。在DRIE之后，真空间隙结构与蜡结合晶片的释放在用于完成检测器制造的相同工艺步骤中实施
2016-10-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Millimeter-Wavelength Lens-Absorber-Coupled Ti/Al Kinetic Inductance Detectors
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)（天体生物学中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Universidad de Alcalá（阿尔卡拉大学）
本文提出了一种基于透镜耦合螺旋吸收体的Ti/Al双层MKIDs，用于毫米波长辐射探测，展示了高效率和大格式相机的潜力。
2026-02-18 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
