Beyond CCDs: Characterization of sCMOS detectors for optical astronomy
该研究表征多款商用高端 sCMOS 探测器，通过暗电流、读出噪声、线性度等实验室测试，证明其可作为未来光学天文仪器中 CCD 的高性能替代方案。
2024-12-07 astro-ph.IM
Precision Astronomy with Imperfect Fully Depleted CCDs -- An Introduction and a Suggested Lexicon
本文总结了一个研讨会的介绍性演讲，探讨了使用深度耗尽（厚）CCD进行精密天文测量的挑战。虽然厚CCD在增加NIR波长下的量子效率和减少来自大气发射线的边缘方面提供了明确的优势，但这些设备也表现出不期望的特征，这些特征对天文物体的位置、通量和形状的精确确定以及天文光谱中的特征提出了挑战。在这些器件中看到的许多效应都是由探测器内的横向电场引起的，这会产生电荷传输异常，而这些异常以前被误解为量子效率的变化。执行简单化的平场会在图像处理流水线中引入系统误差。一个测量挑战是设计一种校准方法，可以区分真正的量子效率变化与电荷传输效应。考虑到提高天文测量的精度和准确度的科学好处，我们需要识别，表征和克服这些各种探测器伪影。回顾过去，许多探测器的特点，首先确定在厚CCD也困扰测量与更传统的CCD探测器，虽然往往在一个降低的水平。我提供了一个定性的概述，我们认为是负责观察到的设备属性的物理效应，并提供了一些未来的工作前景。最后，我借此机会呼吁在描述这些不同的检测器功能时建立一个清晰一致的词汇表，并根据研讨会上的讨论对标准词汇表提出一些建议。
2013-12-09 astro-ph.IM
Optimal DN encoding for CCD detectors
图像压缩一直是ADASS演讲的常见主题。压缩通常被视为一种将更多数据放入更小空间的技术。相反，数据的打包（其“密度”）影响本地数据处理、长距离数据传输和工作流的端到端吞吐量的各个方面。简而言之，压缩是正确的数据结构的一个方面。例如，通过FITS瓦片压缩，数据的有效表示与用于其操作的表达性逻辑范例相结合。还有一个更深层次的问题。不仅仅是如何最好地表示数据，而是要表示哪些数据。CCD是线性器件。这是什么意思？它并不意味着像素的模数转换必须使用线性数据数（DN）存储。提出了一种使用非线性表示的替代策略，其中一个动机是放大诸如Rice的数值压缩算法的效率。
2009-10-20 astro-ph.IM
PyLongslit: a simple manual Python pipeline for processing of astronomical long-slit spectra recorded with CCD detectors
本文提出一个名为PyLongslit的简单手动Python流水线，用于处理CCD探测器记录的天文长缝光谱，通过执行标准程序生成校准的2D和1D光谱，旨在为教学及自动化流水线失效的场景提供透明且鲁棒的替代方案。
2025-04-01 astro-ph.IM
Improving the Thermal Stability of a CCD Through Clocking
现代的精密径向速度光谱仪被设计成通过测量在大面积数字探测器上以高光谱分辨率记录的恒星谱线位置的几纳米位移来推断围绕其他恒星运行的行星的存在。虽然光谱仪在温度方面可以是高度稳定的，但是检测器本身在读出期间可能经历比仪器内的其他光机械部件大一个数量级或更多的温度变化。检测器温度的这些变化可以直接转化为系统测量误差。我们探讨了一种技术，用于减少CCD温度变化的幅度洗牌在一个像素内的电荷在平行的方向在集成。我们发现，这种“抖动时钟”模式大大降低了NEID光谱仪测试的CCD的温度变化。我们调查了几个潜在的负面影响，这种时钟方案可能对底层的光谱数据。
2019-09-23 astro-ph.IM
CCDs for the instrumentation of the Telescopio Nazionale Galileo
大多数科学仪器以及跟踪系统和意大利国家望远镜伽利略的夏克-哈特曼波前分析仪都使用CCD作为探测器。探测器的特性对于它们在科学仪器中的正确使用至关重要。我们报告的光电特性的CCD，将用于在意大利国家望远镜的科学仪器的测量。特别是对EEV和LORAL生产的两套CCD的量子效率、电荷转移效率、暗电流、读出噪声、均匀性和线性度进行了比较。最后，我们将展示在望远镜上使用光学成像仪进行的初步测试，该成像仪具有两个EEV芯片的马赛克。
2023-02-17 astro-ph.IM
An Analytical Model of Radiation-Induced Charge Transfer Inefficiency for CCD Detectors
欧洲航天局的盖亚任务计划于2013年发射。它将在L2运行5年，缓慢旋转以扫描天空，使其两个光学望远镜将重复观测超过10亿颗恒星。由此产生的数据集将迭代减少，以解决每个观察到的恒星的位置，视差和自行。焦平面包含106个大面积硅CCD，连续工作在线路传输速率和卫星旋转同步的模式下。任务面临的最大挑战之一是对CCD的辐射损伤，这将导致电荷延迟和图像形状失真。这一点特别重要，因为飞行任务对精确度的要求极高。尽管在硬件层面采取了措施以尽量减少辐射的影响，但在管道数据处理期间仍需要校准残余失真。由于所涉及的数据量和不均匀性，这需要一个模型来描述辐射损伤的影响，该模型在物理上是真实的，但速度足够快，可以在管道中实现。由此产生的电荷畸变模型是专门为盖亚CCD操作模式开发的。然而，本文提出了一个广义的版本，这已经被应用在更广泛的背景下，例如，研究辐射损伤对欧几里得暗能量任务数据的影响。
2013-02-06 astro-ph.IM
Deep sub electron noise readout in CCD systems using digital filtering techniques
科学CCD设计在厚的高电阻率硅（Si）是天文学，高能和核物理，仪器的优秀探测器。许多应用可以受益于CCD超低噪声读出系统。目前的工作表明，如何子电子噪声CCD图像可以实现使用数字信号处理技术。这些技术允许高达每秒10 K像素的读出带宽，并保持完整的CCD空间分辨率和信号动态范围。
2011-07-05 astro-ph.IM
A Novel Reflectometer for Relative Reflectance Measurements of CCDs
背照式电荷耦合器件（CCD）的高量子效率（QE）已经进入了大规模天文观测的时代。这些器件的QE可以大于90%，并且取决于工作温度、器件厚度、背面充电机制和抗反射（AR）涂层。但是在光波长下，QE很好地近似为1减去反射率，因此这些器件的背面反射率的测量提供了它们的QE的第二个独立测量。我们已经设计并构建了一种新的仪器来测量CCD探测器的相对镜面反射率，该设备的很大一部分使用3D熔融沉积模型（FDM）打印机构建。该器件采用监测和测量光电二极管，以同时收集入射和反射测量值，从而减少相对反射率校准过程引入的误差。虽然大多数相对反射计高度依赖于精确可重复的目标距离进行精确测量，但我们已经实现了一种测量方法，可以最大限度地减少这些误差。利用反射计测量了两种型号的滨松CCD探测器的反射率。第一个器件是Hamamatsu 2k x 4k背照式高电阻率p型硅探测器，其已被优化为在380 nm - 650 nm的蓝光下工作。第二检测器是2k x 4k背面照射的高电阻率p型硅检测器，其被优化用于640 nm - 960 nm的红光。我们不仅能够测量这些设备的反射率作为波长的函数，我们还采样了反射率作为设备上的位置的函数，并发现了这些设备的反射梯度。
2016-08-03 astro-ph.IM
OIG and Sarg CCD's characterization
CCD特性鉴定是CCD在望远镜上正确使用之前的第一步。意大利国家伽利略望远镜的大多数科学仪器都使用CCD作为探测器。特别是光学成像仪（OIG）和高分辨率光谱仪（SARG）使用由EEV（EEV 4280）制造的两个2k X 4k CCD的拼接。EEV4280的技术特征可参见Cosentino等人（这些会议记录）。
2023-02-21 astro-ph.IM
An optical test bench for the precision characterization of absolute quantum efficiency for the TESS CCD detectors
凌日系外行星调查卫星（TESS）将搜索Ic<13的行星。TESS已被美国宇航局选为2018年发射的天体物理学探测器任务，预计将发现1000颗或更多比海王星小的行星。TESS将使用四个宽视场光学电荷耦合器件（CCD）相机，带通为650 nm-1050 nm，以检测由于行星凌日而导致的恒星亮度暂时下降。1050 nm限值由CCD的量子效率（QE）设定。探测器组件由四个背照式MIT林肯实验室CCID-80设备组成。每个CCID-80设备由2048 x2048成像阵列和2048 x2048帧存储区域组成。对CCD探测器进行非常精确的地面校准和定性，将大大有助于分析在空间获得的科学数据。CCD探测器的绝对QE的表征是表征过程的关键部分，因为QE在TESS将工作的较红波长上显著影响CCD的性能。已经开发出具有显著高光度稳定性的光学测试台，以执行精确的QE测量。的测试设置以及关键硬件，方法和测试活动的结果的设计。
2019-11-21 astro-ph.IM physics.ins-det
Intrapixel effects of CCD and CMOS detectors
像素内非均匀性存在于CCD和CMOS图像传感器中，尽管背照式（BSI）CCD中的影响太小，以至于大多数天文观测都不关心。然而，像大型综合巡天望远镜这样的项目需要对探测器特性有精确的了解，像素内效应可能需要更多的关注。通过扫描CCD和CMOS相机与一个小光点（未解决的光学），我们发现在图像中的斑点的通量，质心位移，和椭圆率周期性变化的像素尺度上，在大多数情况下。变化幅度不仅取决于检测器，还取决于像素对光斑的采样程度。当测量的光斑半径为2个像素（包围80%能量）时，从BSI CCD相机提取的通量和椭圆率分别变化0.2-0.3%（rms）和0.005（rms），而质心位置的偏差（rms ~ 0.01像素）与像素不相关。BSI CMOS相机的影响更为明显，正面照明CMOS相机的影响甚至更糟。结果表明，需要更仔细地检查像素内的影响，精密天文学。
2017-07-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimization of a CCD-in-CMOS TDI detector's operating clock voltages by Taguchi based Grey relational analysis
近年来，CMOS中的CCD TDI图像传感器在许多小型卫星任务中变得越来越受欢迎，以确保对低地球观测的快速和负担得起的空间访问。我们的单片CCD-in-CMOS TDI成像仪采用专门开发的技术，结合了传统CCD TDI的优势和CMOS片上系统（SoC）设计的优势。与CCD一样，该检测器也由大量时钟电压控制。优化这些电压允许通过改善多个特性参数（诸如全阱容量（FWC）、暗电流、线性度、暗信号非均匀性（DSNU）和电荷转移效率（CTE））来提高检测器的性能。传统上，标准做法是通过试错法调整CCD电压以获得更好的图像。由于大的参数空间，这样的主观过程可能产生远离最佳性能。本文报道了一种应用于时钟电压的实验设计（DOE）技术，以改善检测器的多个性能参数。该方法利用田口的正交实验阵列，以减少不同的电压组合的实验的数量。最后，通过将检测器的多个性能参数转化为单一的灰色关联度，得到最优的时钟电压组合。在该过程中，根据性能特性对获取参数值的序列进行分类。越高越好的条件用于FWC和CTE等参数，而越低越好的条件用于暗电流、线性误差和DSNU等参数。
2021-10-01 astro-ph.IM physics.ins-det
An Electro - Optical Test System for Optimising Operating Conditions of CCD sensors for LSST
我们描述了一个系统已建成调查LSST望远镜的CCD的最佳操作的调试。该测试系统设计用于低振动、高稳定性操作，并且能够以平场、投影点、投影图案和Fe-55配置照射探测器。我们比较和描述一些考虑因素时，选择一种增益校准方法的CCD表现出的亮度，脂肪的效果。本文对一个增益和全阱的原型器件进行了优化研究，改变了背衬底偏压和门时钟电平。
2017-12-06 astro-ph.IM
Dark Matter in CCDs at Modane (DAMIC-M): a silicon detector apparatus searching for low-energy physics processes
CCD中的暗物质（DAMIC）是一种硅探测器装置，主要用于使用电荷耦合器件（CCD）的硅块作为目标来搜索低质量的暗物质。每个CCD内的硅靶为\SI{675}{\micro\meter}厚，其顶面被划分为超过1600万个\SI{15}{\micro\meter} $\times$ \SI{15}{\micro\meter}像素。DAMIC合作已经在SNOLAB安装了许多这样的CCD。截至2019年，SNOLAB的DAMIC已达到漏电流小于\SI{8.2e-22}{\ampere\per\centi\meter\squared}和读出噪声为\SI{1.6}{\electron}的工作条件，使用5个CCD实现。一个新的DAMIC设备将在几年内安装在Modane的Souterrain。Modane的DAMIC（DAMIC-M）合作将使用劳伦斯伯克利国家实验室设计的改进版CCD，其skipper放大器使用多重采样的非破坏性读出，使CCD能够实现\SI{0.068}{\electron}的读出噪声。低读出噪声，结合这些跳跃CCD的低漏电流，将允许DAMIC-M观察碰撞能量低至\SI{1}{\electronvolt}的物理过程。DAMIC-M实验将由50个大面积的skipper CCD阵列组成，每个CCD的像素超过3600万。下面将介绍SNOLAB的DAMIC装置及其结果，以及新的DAMIC-…
2020-03-05 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Development of Large-Format Camera Systems Based on the Latest Generation Sensors for the 6-m Telescope
介绍了基于大幅面CCD和CMOS探测器的天文相机的设计与实现。Dinacon-5控制器用于与CCD一起工作，以实现高性能和低噪声。针对CMOS传感器设计了一种新的控制器。所提供的系统的主要特性估计的基础上的实验数据。空间自相关分析应用于PSF估计。给出了试验结果。
2021-01-20 astro-ph.IM
Achieving sub-electron readout noise in Skipper CCDs
电荷耦合器件（CCD）的读出噪声一直是使用这些探测器测量小幅度信号时的主要限制。本文介绍了一种新型科学级低噪声CCD读出系统。讨论了Skipper CCD结构及其在低噪声应用中的优势。本文提出了一种获得亚电子读出噪声电平的方法，并导出了它的噪声和信号特性。我们证明了一个非常低的读出噪声的$0.2e^{-}$ RMS。此外，我们显示的结果使用探测器在低能量X射线探测实验。
2011-06-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Enhancing spatial resolution of soft x-ray CCD detectors by single-photon centroid determination
在电荷耦合器件（CCD）检测器中，在吸收单个X射线光子时激发的电子快速扩散并产生通常大于像素尺寸的电荷点。在软X射线范围内，无论像素大小如何，这种现象都将有效空间分辨率限制在约25μm。对于非常低的注量，可以在每个单独的点上使用电荷云质心确定来以亚像素精度估计实际光子撞击位置。读出噪声和速度以及电荷和空间欠采样是限制商业设备中该过程的准确性的主要因素。我们已经开发并广泛测试了一种算法，有效的质心重建图像采集的低噪声探测器不设计用于单光子计数。因此，我们测量了6-7μm的CCD与13.5μm和20.0μm像素大小，约1 keV光子能量的位置不确定性。我们已经分析了质心计算性能的光斑生成过程建模。我们展示了分辨率如何受到随机不确定性的影响，主要归因于读出噪声，和系统误差，由于欠采样的电荷点。本研究的动机是在共振非弹性（软）X射线散射（RIXS），出射同步辐射为基础的光谱学的高分辨率，高灵敏度的二维位置敏感探测器的需求不断增长。
2014-10-06 astro-ph.IM physics.ins-det
UV anti-reflection coatings for use in silicon detector design
我们报告的CCD检测器的涂层的发展优化用于固定色散紫外光谱仪。由于Si的折射率快速变化，单层宽带抗反射涂层不适合在所有感兴趣的波长处增加量子效率。相反，我们描述了一种创造性的解决方案，它在UV波长上提供了出色的性能。我们描述了在120至300 nm波长处理论量子效率（QE）大于60%的CCD探测器的发展进展。这种高效率可以通过用一系列薄膜抗反射涂层涂覆背面照明的、减薄的、δ掺杂的CCD来实现。测试的材料包括MgF 2（针对120- 150 nm的最高性能进行了优化）、SiO2（150- 180 nm）、Al 2 O3（180- 240 nm）、MgO（200- 250 nm）和HfO 2（240- 300 nm）。各种沉积技术进行了测试，并选择的涂层，最大限度地减少硅测试晶片上的反射率被施加到生活设备。我们还讨论了未来的用途和改进，包括梯度和多层涂层。
2011-02-10 astro-ph.IM
Large-format imaging systems based on solid-state detectors in optical astronomy
本文综述了光学天文中固态探测器技术，分析CCD和CMOS大幅面成像系统设计，介绍俄罗斯望远镜探测器发展及测试结果，并展望国内外制造前景。
2024-12-14 astro-ph.IM
First results for second generation SiSeRO CCD devices
Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University（斯坦福大学粒子天体物理与宇宙学 Kavli 研究所）；MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）；MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院天体物理与空间研究 Kavli 研究所）
为满足下一代天文台项目对快速、低噪声探测器的需求，斯坦福、麻省理工学院相关团队推进SiSeRO多波段探测器技术，展示了第二代SiSeRO CCD的初步结果，并介绍了基于XOC设计的读出电子系统测试平台。
2026-07-22 astro-ph.IM
Laboratory test of the VIS detector system of SOXS for the ESO-NTT telescope
SOXS是ESO NTT望远镜的新光谱仪，由于有两个不同的臂：UV-VIS（350-850 nm）和NIR（800-2000 nm），因此能够覆盖光学和NIR波段。在这篇文章中，我们描述了最终设计的可见光摄像机低温恒温器，测试设施的CCD特性，并与科学探测器的第一个结果。UV-VIS检测器系统基于e2 v CCD 44-82，与ESO连续流动低温恒温器（CFC）冷却系统和ESO开发的新通用检测器控制器（NGC）耦合的定制检测器头。该实验室设施是基于一个光学工作台配备了氙灯，滤光轮选择波长，积分球和校准二极管测量通量。本文概述了可见光摄像机低温恒温器，CCD特性的测试设施和科学探测器在实验室和仪器集成后的第一个结果。
2022-09-15 astro-ph.IM
An Analysis of Large Astronomical Detector Controller Systems and Implications for Future ESO Detector Systems
European Southern Observatory (ESO)（欧洲南方天文台）
本文分析了大型天文仪器中探测器控制的挑战，提出高效控制的关键技术，并为未来ESO探测器系统提供设计思路。
2026-03-18 astro-ph.IM
Measurement of the ionization produced by sub-keV silicon nuclear recoils in a CCD dark matter detector
本文报道了用电荷耦合器件（CCD）测量硅原子核在体硅中以亚keV动能反冲的电离效率。核反冲是由来自$^{124}$ Sb-$^{9}$ Be光中子源的低能中子（$<$ 24 keV）产生的，并且它们的电离信号被测量为低至60 eV电子当量。这个能量范围，以前未被探索过，与低质量暗物质粒子的探测有关。测量的效率被发现偏离外推到低能量的Lindhard模型。这一测量也证明了位于SNOLAB地下实验室的暗物质直接探测实验DAMIC所采用的CCD对核反冲的敏感性。
2016-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
CCD Readout Electronics for the Subaru Prime Focus Spectrograph
我们提出的斯巴鲁望远镜主焦点摄谱仪（PFS）的CCD读出电子设计的细节。光谱仪由四个相同的光谱仪模块组成，每个模块收集大约600个光谱。光谱仪模块通过使用三个独立的光学通道提供从380 nm到1260 nm的整个波段的同时波长覆盖：蓝色、红色和近红外（NIR）。每个通道中的相机将多对象光谱成像到4k x 4k，15 μ m像素的检测器格式上。两个可见光摄像头使用一对Hamamatsu 2k x 4k CCD，由定制电子设备提供读数，而NIR摄像头使用单个Teledyne HgCdTe 4k x 4k探测器和ASIC Sidecar读取设备。CCD读出系统是由三个电气子系统组成的定制设计：后端电子（BEE），前端电子（FEE）和前置放大器。BEE是一台现成的PC 104计算机，带有辅助Xilinx FPGA模块。计算机作为斯巴鲁消息中心的主要接口，控制与相机相关的其他外围设备，而FPGA用于生成必要的时钟并从CCD传输图像数据。FEE板设置时钟偏置、衬底偏置和CDS偏置。它还监控偏置电压、失调电压、电源轨电压、衬底电压和CCD温度。该板将LVDS时钟信号转换为偏置时钟，并通过LVDS返回数字化模拟数据。使用标准串行接口将监控和控制消息从BEE发送到FEE。前置放大器板位于探测器后面，充当两个Hamamatsu CCD的接口。前置放大器将时钟和偏置传递到CCD，模拟CCD数据在返回到F…
2014-08-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Design of a Skipper CCD Focal Plane for the SOAR Integral Field Spectrograph
我们提出了一个船长电荷耦合器件（CCD）的SOAR望远镜积分场光谱仪（SIFS）焦平面原型的发展。该镶嵌焦平面由安装在真空杜瓦瓶内的四个6k $\times$ 1k，15 $μ$ m像素Skipper CCD组成。我们描述的过程中，包装的CCD，使他们可以很容易地测试，运输，并安装在一个马赛克焦平面。我们表征了$\sim 650 μ$ m厚、完全耗尽的工程级Skipper CCD的性能，为在科学级Skipper CCD上进行类似的表征测试做准备，该科学级Skipper CCD将被减薄至250 $μ$ m，背面处理有抗反射涂层。我们实现了$4.5 e^{-} rms/pix$的单样本读出噪声，用于最佳性能放大器和亚电子分辨率（光子计数能力），读出噪声$σ\sim 0.16 e^{-} rms/pix$来自每个像素中的电荷的800次测量。我们描述了船长CCD焦平面的设计和建设，并提供有关同步读出电子系统，将实施同时读取16个放大器从4个船长CCD（4放大器每个检测器）的细节。最后，我们概述了未来的计划，实验室测试，安装，调试和科学验证我们的船长CCD焦平面。
2022-10-07 astro-ph.IM
Measurements of Si Hybrid CMOS X-Ray Detector Characteristics
X射线望远镜焦平面混合CMOS探测器（HCDs）的发展将使其在未来的卫星任务中与CCD竞争，因为它们具有更快的帧速率、灵活的读出场景、更低的功耗和固有的辐射硬度。CCD在当前一代的X射线望远镜（例如Chandra、XMM、Suzaku和Swift）上的应用取得了巨大成功。然而，他们的桶旅读出架构，通过分立元件读出电子器件在芯片上传输电荷，导致时钟频率有限的读出速度，导致明亮的光源堆积（饱和）和固有的敏感性辐射诱导的位移损坏，限制任务寿命。相比之下，HCD以随机存取方式用低功率片上多路复用器电子器件读取像素。多输出读出设计实现的更快的帧速率将允许下一代更大有效面积的望远镜观察明亮的光源而不会堆积。辐射损坏的晶格位点影响单个像素而不是整行。随机存取，多输出读出将允许新的读出模式，如同时亮源快速/全芯片慢读出。为了使HCD用作X射线探测器，它们必须显示出与CCD类似的噪声和能量分辨率性能，同时保留HCD固有的优点。我们将报告X射线增强型Teledyne HAWAII-1 RG（H1 RG）HCD的读噪声、转换增益和能量分辨率测量结果，并描述H1 RG数据简化技术。
2009-09-16 astro-ph.IM
Single-electron and single-photon sensitivity with a silicon Skipper CCD
我们已经开发出一种非破坏性的读出系统，使用厚，完全耗尽的电荷耦合器件（CCD）上的浮栅放大器，以实现0.068 e-rms/pix的超低读出噪声。这是第一次在稳定的大面积探测器上可重复地实现了数百万像素的离散子电子读出噪声。这允许精确计数每个像素中的电子数量，范围从具有0个电子的像素到超过1500个电子。由此产生的CCD检测器因此是超灵敏量热计。它还能够在光学和近红外区计数单光子。实现这种创新的非破坏性读出系统对CCD设计和制造的影响可以忽略不计，并且几乎立即有科学应用。作为一个粒子探测器，这款CCD将对低质量暗物质粒子和相干中微子-核散射具有前所未有的灵敏度，而天文学应用则包括未来对系外行星的直接成像和光谱学研究。
2017-05-31 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.IM
Measurement of low energy ionization signals from Compton scattering in a CCD dark matter detector
直接寻找低质量暗物质粒子的一个重要背景来源是环境$γ$射线小角度散射的能量沉积。我们报告的详细测量的低能谱从康普顿散射的$γ$射线在体硅的电荷耦合器件（CCD）。测量了60 eV ~ 4 keV的$γ$射线从$^{57}$ Co和$^{241}$ Am放射源产生的电子反冲。所观察到的光谱同意定性与理论预测，并与硅靶的原子结构的特征光谱特征的第一次被准确地测量。一个理论上的动机参数化的数据，描述在低能量的任何入射$γ$ -射线通量的康普顿谱推导。该结果直接适用于基于硅探测器的低质量暗物质直接探测实验的背景估计，特别是对于DAMIC实验，其当前的能量阈值。
2017-06-19 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Ground-Based Submillimagnitude CCD Photometry of Bright Stars Using Snapshot Observations
我们演示了利用CCD快照成像对相距甚远的亮星进行的地基亚毫米级（<10^-3）测光。我们通常通过（1）选择附近类似星等和光谱型的比较星，（2）使望远镜散焦以获得高信号，（>10^7个电子），（3）使望远镜对准，使所有恒星图像落在相同的探测器像素上，以及（4）使用CCD检测器的没有非线性或异常像素的区域。我们描述了利用夏威夷大学2.2米望远镜上的超新星综合场分光计（SNIFS）进行的半自动观测，我们在2小时间隔内以5分钟的节奏获得了5.2 × 10 ^-4（0.56毫等）的测光精度。在一个实验中，我们监测了八颗恒星，每颗恒星之间相隔几度，并以约17分钟的节奏（每颗恒星）实现了亚毫米级的精度。我们的快照技术适用于自动搜索多颗明亮恒星之间的行星凌日。
2011-10-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Ageing of a space-based CCD: photometric performance development of the low Earth orbiting detectors of the CoRoT mission
在这篇论文中，我们分析了时间演变的测光精度实现了天基系外行星狩猎任务CoRoT在其飞行阶段（2007年至2012年）。这项关于CoRoT光变曲线噪声水平的研究是基于Aigrain等人2009年发表的一篇论文，他们发现在前14个月的数据中，光度性能随着时间的推移逐渐退化。在此，我们分析了抗中心运行IRa01（2007）、LRa01（2008）、LRa03（2010）和LRa06（2012）。Aigrain也研究了前两次运行，因此我们能够比较我们的结果。最后两次运行使我们能够评估超过5年的光度降解趋势。我们获得低观测点到点的噪声，虽然比源光子噪声大3倍。我们发现的影响，显示老化的CoRoT CCD。在2小时的时间尺度上，我们注意到光度性能逐渐下降，在四次分析运行中噪声增加约2.1倍，相当于每年增加15%。对于最后两次研究运行LRa03和LRa06，相关噪声变得比不相关白噪声更重要。然而，最严重的退化发生在运营的第一年，噪音增加了30%，开启了两个老化时间尺度的场景。
2016-09-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
The DAMIC experiment at SNOLAB
SNOLAB地下实验室的DAMIC（CCD中的暗物质）实验使用完全耗尽的高电阻率CCD来搜索质量低于10 GeV/c $^2$的暗物质粒子。2017年2月，使用7个16 Mpixel CCD（40 g质量）阵列的探测器升级开始运行。新的结果，获得与当前的探测器配置，将被提交。DAMIC-M的未来计划，总质量为1公斤，电离阈值为2个电子，将被讨论。
2018-05-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Compact Stirling cooling of astronomical detectors
MAIA是一个三通道成像仪，目标是快速节奏测光，最近安装在墨卡托望远镜（西班牙拉帕尔马）上。该仪器使用三个最大（非）可用帧传输CCD，即e2 v的2k x 6 k CCD 42-C 0，在三个色带（$u$、$g$和$r$）中同时观察9.4 x 14.1弧分的视场。由于这些探测器安装在三个独立的低温恒温器中，因此需要紧凑的冷却设备，以提供足够的功率将大型芯片冷却到165 K的温度。我们探索了广泛的冷却选项和技术来冷却MAIA探测器。最后，选择紧凑型自由活塞斯特林冷却器，即来自SUNPOWER的CryoTel MT低温冷却器，其可以在77 K的温度下提取5 W的热量。在这篇文章中，我们详细介绍了MAIA探测器冷却解决方案。我们还讨论了这种类型的天文探测器的闭式循环制冷机的一般可用性。它们提供了明显的优点，但由机械低温冷却引起的振动施加了严重的缺点。我们提出了一个解决方案，机械解耦的冷却器从仪器，并显示了一些结果，这是如何减少振动的水平，是可以接受的大多数应用程序的天文望远镜。
2013-11-04 astro-ph.IM
Simulation-based spectral analysis of X-ray CCD data affected by photon pile-up
本文提出了一种基于模拟的X射线CCD堆影数据谱分析方法，该方法不损失光子统计量。由于光子堆积效应表现为复杂的非线性探测器响应，我们采用详细的模拟计算了X射线观测中的重要过程，包括物理相互作用、探测器信号产生、探测器读出和一系列数据处理过程。这种模拟自然地再现了X射线类和背景类事件，作为X射线光子在单个像素或相邻像素块中合并的结果，使我们能够构建一个非线性谱分析框架，可以处理堆积影响的观测数据。为了验证，我们已经进行了数据分析的朱雀XIS观测，通过使用这个框架与各种参数的探测器模拟，所有这些都是优化的仪器。我们介绍了三个不同堆积程度的案例：PKS~2155-304（可忽略的堆积），Aquila~X-1（中度堆积）和蟹状星云（强堆积）;我们表明，非线性分析方法产生的结果与可忽略的堆积条件下的传统线性分析一致，并且对于堆积情况精确地校正公知的堆积效应，例如光谱硬化和通量减小。这些校正结果与广泛使用的核心排除方法或其他具有更高定时分辨率（无堆积）的天文台所获得的结果一致。我们的框架是适用于任何类型的CCD用于X射线天文学，包括未来的任务，如XRISM通过适当的优化模拟参数。
2021-12-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Low-Energy Radiative Backgrounds in CCD-Based Dark-Matter Detectors
本文针对亚GeV暗物质探测器受低能本底制约的问题，构建理论模型并模拟基于Skipper CCD的SENSEI实验的低能辐射本底，量化各过程贡献与系统不确定性，预测本底抑制后未来实验对轻质量暗物质的灵敏度将显著提升。
2023-10-04 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Deployment and performance of a Low-Energy-Threshold Skipper-CCD inside a nuclear reactor
本研究将首个2 g Skipper-CCD部署在热功率2 GWₜₕ核电站内距堆芯12米处，实现0.17 e⁻的亚电子读出噪声，获取了反应堆启停阶段数据，为提升CEvNS和BSM物理探测灵敏度奠定基础。
2024-03-07 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Delta-doped Electron Multiplying CCDs for FIREBall-2
我们提出了我们的联合NASA/法国国家空间研究中心的球载紫外多目标光谱仪，微弱的星系际红移发射气球（FIREBall-2; FB-2）正在进行的探测器开发工作的状态。FB-2在低风险亚轨道环境中展示了一种新的紫外探测器技术，即δ掺杂电子倍增CCD（EMCCD），以证明EMCCD的性能，用于未来的空间任务和技术准备水平（TRL）的进步。EMCCD可用于光子计数（PC）模式，以实现极低的读出噪声（$<$ 1电子）。我们的测试重点是通过使用\nuvu V2 CCCP控制器进行波形整形和井深优化来减少时钟感应电荷（CIC），测量CIC为0.001 e $^{-}$ /像素/帧。这种优化还包括用于减少暗电流、通孔冷却和衬底电压电平的方法。我们讨论了消除宇宙射线的挑战，这些探测器也被放大，以及为我们的噪声测量目标设计的数据减少管道。FB-2于2018年飞行，首次将EMCCD用于平流层的紫外线观测。FB-2目前正在建造中，将于2020年再次飞行，并且正在对EMCCD进行改进，以继续优化其性能，从而更好地控制噪音。
2020-04-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization of the Cherenkov Photon Background for Low-Noise Silicon Detectors in Space
University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；NSF-Simons AI Institute for the Sky (SkAI)（NSF-西蒙斯天空人工智能研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
本文研究了空间中低噪声硅探测器的切连科夫光背景特性，分析了探测器厚度、太阳活动及重宇宙射线对背景率的影响，并展示了厚探测器在长波长处的优势。
2025-12-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
System Design of the Newest Generation Detector Controller for ELT and new VLT Instruments
本研究基于ESO过往经验，研发采用MicroTCA.4工业标准模块化设计的新型探测器控制器NGCII，用于ELT第一代及VLT新型仪器，可控制多类探测器，并介绍了其从立项到首次测试的早期开发进展。
2024-10-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Tiny-box: A tool for the versatile development and characterization of low noise fast X-ray imaging detectors
X射线电荷耦合器件（CCD）在过去的四分之一世纪里一直是软X射线天文仪器的主力。它们在软X射线中提供宽能量响应、极低的电子读取噪声和良好的能量分辨率。这些特性，加上现代CCD的大阵列和小像素尺寸，使它们成为下一代天文X射线任务的潜在候选者，这些任务配备了大收集区域，高角分辨率和宽视场，能够观测微弱，漫射和高红移的X射线宇宙。然而，如此高的收集面积（约30倍钱德拉）要求这些探测器具有比当前CCD快一个数量级的读出，以避免饱和和堆积效应。在这种背景下，斯坦福大学和麻省理工学院已经开始开发快速读出X射线相机。作为这种开发的工具，我们设计了一个快速读出，低噪声电子板（旨在以每秒500万像素的数据速率工作）与STA执政官控制器耦合，读出512 × 512 CCD（来自麻省理工学院林肯实验室）。这种多功能设置使我们能够研究许多参数和操作条件，包括数字整形选项。在本文中，我们描述了表征测试台，读出电子学的概念和发展，以及模拟结果。我们还报告了第一次测量的读取噪声，能量分辨率和其他参数，从这个设置。虽然这只是一个原型，但我们计划在未来使用更大的多节点CCD器件，并配备专用ASIC读出系统，以实现更快的CCD并行读出。
2020-12-13 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Electrode level Monte Carlo model of radiation damage effects on astronomical CCDs
目前的光学太空望远镜依靠硅电荷耦合器件（CCD）来探测和成像入射的光子。CCD探测器的性能取决于其有效传输电子通过硅的能力，因此每个像素的信号都可以通过单个放大器读出。这种电子转移过程非常容易受到太阳质子损伤（或非电离辐射损伤）的影响。这是因为穿过CCD的带电粒子使硅原子移位，从而将能级引入半导体带隙中，所述半导体带隙充当局部电子陷阱。电荷转移效率（CTE）的降低导致信号损失和图像拖尾。欧洲航天局的盖亚天体测量任务将广泛使用CCD来创建迄今为止最完整和准确的银河系立体地图。在盖亚任务的背景下，CTE是指与补充量电荷转移效率低下（CTI = 1-CTE）。CTI是一个非常重要的问题，威胁着盖亚的表现。我们在这里提出了一个详细的蒙特卡罗模型，它已被开发来模拟损坏的CCD在像素电极级的操作。该模型实现了一种新的方法，一个像素内的电荷密度分布和电荷捕获和释放的概率，这使得再现CTI效应的各种测量的大信号电平范围内，特别是对于信号的顺序的几个电子。该模型的运行版本以及简短的文档和一些示例可以在http://www.strw.leidenuniv.nl/~prodhomme/cemga.php上作为CEMGA java包的一部分（CTI Effects Models for Gaia）。
2011-03-18 astro-ph.IM
JPCam: A 1.2Gpixel camera for the J-PAS survey
JPCam是一款14-CCD马赛克相机，使用新型e2 v 9 k x 9 k 10微米像素16通道探测器，将部署在西班牙阿拉贡OAJ（Observatorio Astrofisico de Javalambre）的专用2.55 m宽视场望远镜上。该相机的目的是执行一个重子声学振荡（BAO）调查的北部天空。J-PAS巡天策略将使用54个相对窄波段（~13.8nm）的滤光片，在370到920 nm之间等间隔，加上3个宽波段滤光片，以达到前所未有的光度红移精度，用于测量天空中约8000平方度的微弱星系。低温恒温器、探测器镶嵌和读取电子设备由e2 v根据与J-PAS的合同提供，而容纳快门和过滤器组件的机械结构由INPE（国家空间研究所）领导的巴西财团设计和建造。将四组14个滤光片放置在周围环境中，刚好在杜瓦瓶窗口上方，但直接与探测器对齐，导致每个CCD之间具有约10 mm间隙的马赛克。500毫米大光圈快门预计将由波恩的Argelander-Institut fur Astronomie提供。我们将介绍JPCam的概述，从滤波器配置到CCD镶嵌相机。将包括主要J-PAS科学项目的简要概述。
2013-01-17 astro-ph.IM
Curving X-ray detectors for astrophysics applications
Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究学院）；Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院林肯实验室）
该研究针对下一代X射线光学器件的焦平面设计挑战，基于MIT林肯实验室技术实现了背照式大格式CCD的弯曲，验证了其曲率、暗电流及光谱性能，证明弯曲大格式X射线传感器可实现且工艺可扩展。
2026-09-03 astro-ph.IM
Cherenkov Photon Background for Low-Noise Silicon Detectors in Space
本研究针对空间系外行星观测用超低噪声硅探测器，探究高能带电粒子产生的切伦科夫辐射这一低能本底源，构建经实验室校准的模型并测算其本底率，发现其与已知的其他本底水平相当。
2024-10-08 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.IM
DUET: Design of a simultaneous InGaAs--CCD split-beam imager for ultra-cool dwarf exoplanet transit survey
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Astrobiology Research Unit, Université de Liège（列日大学天体生物学研究单元）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
为探测超冷矮星系外行星，设计DUET双通道成像仪，用955纳米二向色分束器将光分至不同探测器实现同时测光，选近红外滤光片抑制PWV影响，还介绍了光学、机械、探测器及控制系统等设计。
2026-07-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Robustness Analysis and Controller Design of Arm-locking System in Space-based Gravitational Wave Detectors
Sino-European Institute of Aviation Engineering, Civil Aviation University of China（中欧航空工程学院，中国民航大学）；School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University（电气与信息技术学院，天津大学）
针对空间引力波探测器臂锁系统的稳定性问题，本文结合D-细分理论与半离散化方法分析参数稳定边界，并设计鲁棒控制器以在参数扰动下保持闭环稳定并抑制激光频率噪声。
2025-10-20 astro-ph.IM gr-qc
On-orbit performance of the Gaia CCDs at L2
欧洲航天局的盖亚卫星于2013年12月发射到L2轨道，有效载荷包含106个大尺寸科学CCD。该任务的主要目标是在五年内反复获得10亿颗恒星的高精度天体测量和光度测量。下行数据的科学价值以及机载自主探测链的运行依赖于探测器的高性能。当盖亚缓慢地旋转并扫描天空时，CCD连续地以线时钟速率和卫星旋转自旋速率同步的模式操作。2014年7月开始了名义任务操作，第一次数据发布正在准备中，将于2016年夏末发布。在本文中，我们提出了一个概述的焦平面，探测器系统，并在轨道上的性能监测系统的策略。其次是介绍的性能结果的基础上获得的数据分析在一个为期两年的窗口开始在有效载荷switch-on. Results的参数，如读出噪声和电子偏移行为，我们特别注意的L2辐射环境的影响的设备。在（平行）扫描方向上的电荷转移效率（CTE）的辐射引起的退化是明确的诊断，但是，外推法表明，电荷转移效率（CTI）的影响，在飞行任务结束时将大约一个数量级小于预测飞行前。结果表明，CTI在串行寄存器（水平方向）仍然占主导地位的固有的制造过程中的陷阱，辐射引起的退化到目前为止只有百分之几。最后，我们总结了一些探测器的影响，发现在轨道上仍在调查。
2016-09-14 astro-ph.GA astro-ph.IM
DAMIC at SNOLAB
介绍了一种用于粒子探测器的全耗尽型电荷耦合器件（CCD）。我们展示了其低能量阈值操作，能够检测电离能沉积在一个单一的像素下降到50 eVee。我们目前的能量校准结果从0.3 keVee到60 keVee，表明CCD是一个完全活跃的探测器，具有均匀的能量响应整个硅目标，良好的分辨率（Fano ~0.16），和显着的线性响应电子能量沉积。我们展示了CCD定位硅靶内粒子相互作用深度的能力。我们讨论的操作模式和独特的CCD成像能力，以及如何利用它们来表征和抑制背景。我们提出的第一个结果，从部署250微米厚的CCD在SNOLAB，即将到来的DAMIC 100的原型。DAMIC 100的目标质量为0.1 kg，应能在一年的运行时间内直接测试CDMS-Si信号。
2014-06-30 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Non-Smooth Multi-objective Controller Synthesis for Test-Mass Actuation in Gravitational-Wave Detectors
本文提出一种用于引力波探测器测试质量致动的非光滑多目标控制器优化方法，通过整合 H2/Hinf 约束与致动分布优化，证明该方法能同时优化控制器和致动器并满足所有性能约束。
2025-04-07 astro-ph.IM gr-qc
HiPERCAM: A high-speed, quintuple-beam CCD camera for the study of rapid variability in the Universe
HiPERCAM是一种用于研究宇宙快速变化的高速相机。该项目由350万欧元的欧洲研究委员会高级赠款资助。HiPERCAM建立在我们以前的仪器ULTRACAM的成功基础上，由于使用了最新技术，性能有了非常显著的改进。HiPERCAM将使用4个二向色分束器，在覆盖u'g 'r'i' z '波段的5个光学通道中同时成像。使用ESO CCD控制器（NGC）可以实现每秒超过1000帧的帧速率，每帧都带有GPS时间戳。探测器是定制的，帧传输CCD从e2v，具有4个低噪声（2.5e-）输出，安装在小型热电冷却头在180 K工作，导致几乎没有暗电流。两个最红的CCD将是具有抗标准化的深耗尽器件，在光谱的红色部分提供高量子效率，没有边缘。该仪器还将通过共轭平面测光技术进行闪烁噪声校正。光机底盘将利用金属增材制造技术，制造重量轻，刚性和温度不变的结构。第一束光预计将于2017年在拉帕尔马的4.2米威廉·赫歇尔望远镜上（视野将为10 '，0.3 "/像素比例），随后计划在拉帕尔马的10.4米加那利大望远镜上使用（视野将为4'，0.11 "/像素比例）和智利的3.5米新技术望远镜。
2016-06-29 astro-ph.IM astro-ph.SR
Mapping charge transport effects in thick CCDs with a dithered array of 40,000 stars
我们在实验室中使用LSST观测的台式模拟来表征厚的、完全耗尽的CCD的边缘处的天体测量失真。通过在f/1.2光学再成像仪的物面上照射直径为30 μ m的4万个针孔阵列，可以在4K × 4K像素的CCD上成像数千个PSF。每个高纯度硅像素，10 μ m平方米，100 μ m深，然后可以单独通过一系列的子像素抖动在X/Y平面的特点。可以研究每个像素作为通量、波长、背侧偏置等的函数的独特特征[响应、位置、形状]。我们测量的幅度和发病的天体测量误差的检测器的边缘作为一个测试的实验装置，使用LSST原型CCD。我们发现，这种天体测量误差的边缘是来源于非均匀性的电场线，定义像素边界。为了优化弱引力透镜和LSST的大尺度结构测量的科学输出，必须校正这种边缘失真。
2015-07-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Advancing Ultraviolet Detector Technology for future missions: Investigating the dark current plateau in silicon detectors using photon-counting EMCCDs
本研究利用光子计数EMCCD测试平台，探究硅基紫外探测器暗电流平台的来源，通过独立控温区分环境因素，为未来紫外任务优化探测器性能提供依据。
2024-07-22 astro-ph.IM physics.ins-det
Charge Coupled Devices for detection of coherent neutrino-nucleus scattering
本文详细介绍了利用电荷耦合器件（CCD）通过中微子与原子核的相干散射来探测低能中微子的可能性。通过这种标准模型过程探测中微子是不可能的，因为在与探测器原子核的这种相互作用中沉积的能量很小。典型的粒子探测器具有几keV的阈值，并且从相干散射预期的大部分能量沉积远低于该水平。我们讨论的器件可以在大约30 eV的阈值下工作，使它们成为观察该信号的理想选择。例如，位于动力核反应堆旁边的52克CCD阵列上预期的相干散射事件的数量估计为大约626个事件/年。我们的研究结果表明，在99%的置信水平的检测可以达到在三个月内，这种探测器阵列。
2014-09-19 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Astronomical Spectroscopy with Skipper CCDs: First Results from a Skipper CCD Focal Plane Prototype at SIFS
本研究展示了SIFS的超低读出噪声Skipper CCD焦平面原型的首批在轨结果，优化读出时序实现亚电子级噪声，通过多类天体观测验证了其在低背景下的信噪比提升，为相关天文研究与探测器架构优化提供了支撑。
2024-06-15 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
