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澳大利亚觅宝探测器

什么?韦布天文望远镜也用上了碲镉汞红外探测器?

发布时间: 2024-05-24 来源:澳大利亚觅宝探测器

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  和先进的红外探测器工艺相结合,带来了科学能力的巨大进步。它将为以下四个科学任务做出重要贡献:

  行星系统和生命条件的演化。而这一切,不能离开部署在韦布上的先进的红外探测器阵列!

  (NIRCam)拍的一张照片。确切来说,这只是一张马赛克拼图的中间部分。上面一共18个亮点,每个亮点都是北斗七星附近的同一颗恒星。因为韦布的主镜由18块正六边形镜片拼接而成,之前为了可以塞进火箭狭窄的“货舱”发射升空,韦布连主镜片都折叠了起来,直到不久前才完全展开。但这些主镜片还没有对齐,于是便有了首张照片上那18个看似随机分布散斑亮点。对于韦布团队的工程师而言,这张照片可以指导他们接下来对每一块主镜片作精细调整,直到这18

  MIRI如果把韦布网球场般大小的主反射镜,比作人类窥探宇宙的“红外之眼”的晶状体的话,韦布携带的中红外仪器,可以说就是这颗“红外之眼”的视网膜了。今天,小编要带大家探索的,就是韦布得以超越哈勃望远镜的核心设备——中红外仪器

  精细导引传感器/近红外成像仪和无狭缝光谱仪(FGS-NIRISS)其中,最引人注目的,便是韦布望远镜的中红外仪器

  它灵敏的探测器将使其能清楚看到遥远的星系,新形成的恒星,以及柯伊伯带中的彗星及其他物体的微弱的红移光。

  的红外相机,将提供宽视场、宽谱带的成像,它将继承哈勃望远镜举世瞩目的成就,继续在红外波段拍摄令人惊叹的天文摄影。

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  MIRI探测器就包含在其中。这部分区域将探测器冷却到39 K,这是必要的最初阶段的冷却目标,以便航天器自身的热量,不会干扰从遥远的宇宙探测到的红外光(也是一种热量辐射)。ISIM和光学望远镜(OTE)热管理子系统提供被动冷却,而使探测器变得更冷,则需使用其他方式。“区域2”

  ISIM电子模块,它为电子控制设备提供安装接口和较温暖的工作环境。“区域3”

  ISIM命令和数据处理子系统,具有集成的ISIM飞行控制系统软件,以及MIRI创新的低温主动冷却器压缩机(CCA)和控制电子设备(CCE)。

  MIRI的整体构成及其子系统在韦布三大区域中的分布情况。包含成像相机,光谱仪,日冕仪的光学模块(OM)位于集成科学仪器模块(ISIM)内,工作时候的温度为40K。OM和焦平面模块(FPM)通过基于脉冲管的机械主动冷却器降低温度,航天器中的压缩机(CCA),控制电子设备(CCE)和制冷剂管线(RLDA)将冷却气体(氦气)带到OM附近实现主动制冷。仪器的机械位移,由仪器控制电子设备(ICE)控制,焦平面的精细位置调整,由焦平面电子设备(FPE)操作,两者都位于上述放置在ISIM附近的较温暖的“区域2”中。

  1(安装于主镜背后)中的MIRI结构设计及四个核心功能模块的位置。原图来源:NASAMIRI

  )在中红外成像仪(还携带有低分辨率光谱仪和日冕仪)和中等分辨率光谱仪之间分光。经过滤光,或通过光谱分光,最终将其汇聚到探测器阵列上(如图6)。

  )韦布望远镜近红外相机(NIRCam)的碲镉汞探测器阵列,(右)MIRI的红外探测器(绿色)安装在一个被称为焦平面模块的块状结构中,这是一块1024x1024像素的砷掺杂硅像素阵列(100万像素)。图源:NASA。

  0.6 - 5 μm波段的近红外碲镉汞(缩写为HgCdTe或MCT)“H2RG”探测器,右图是用于探测5 - 28 μm波段的中红外掺砷硅(缩写为Si:As)探测器。近红外探测器由加利福尼亚州的Teledyne Imaging Sensors制造。“H2RG”是Teledyne产品线的名称。中红外探测器,由同样位于加利福尼亚的Raytheon Vision Systems制造。每个韦布“H2RG”近红外碲镉汞探测器阵列,有大约400万个像素。每个中红外掺砷硅探测器,大约有100万个像素。(小编点评:以单像素碲镉汞探测器的现有市场价格计算,一块韦布碲镉汞探测器阵列的价格就要四十亿美金!!!为了拓展人类天文知识的边界,韦布这回真是不计血本啊!)

  -镉-碲化物成分构成的探测器阵列:一种在0.6 - 2.5 μm范围内的汞比例较低,另一种在0.6 - 5 μm范围内的汞含量较高。这具有许多优点,包括能定制每个NIRCam检测器,以在将要使用的特定波长上实现峰值性能。表1显示了韦布仪器中包含的每种类型探测器的数量。

  MIRI包含三块砷掺杂的硅探测器,一块用于中红外相机和低分辨光谱仪,另外两块用于中分辨光谱仪。来源:NASA而

  (HgCdTe或Si:As)吸收光子并将其转换为单个像素的电信号。铟互连结构将探测器阵列层中的像素连接到ROIC(读出电路)。ROIC包含一个硅基集成电路芯片,可将超过100万像素的信号,转换成低速编码信号并输出,以供进一步的处理。图源:Teledyne Imaging Sensors

  )。三明治由三个部分所组成:(1)一层半导体红外探测器阵列层,(2)一层铟互连结构,将探测器阵列层中的每个像素连接到读出电路阵列,以及(3)硅基读出集成电路(ROIC),使数百万像素的并行信号降至低速编码信号并输出。红外探测器层和硅基ROIC芯片是独立制备的,这种独立制造工艺允许对过程中的每个组件进行仔细调整,以适应不一样的红外半导体材料(HgCdTe或Si:As)。铟是一种软金属,在稍微施加压力下会变形,从而在探测器层的每个像素和ROIC阵列之间形成一个冷焊点。为增加机械强度,探测器供应商会在“冷焊”工艺后段,在铟互连结构层注入流动性高,低粘度的环氧树脂,固化后的环氧树脂提高了上下层的机械连接强度。

  探测器中是相同的:入射光子被半导体材料吸收,产生移动的电子空穴对。它们在内置和外加电场的影响下移动,直到它们找到可以存储的地方。韦布的探测器有一个特点,即在被重置之前,可以多次读取探测器阵列中的像素,这样做有好几个好处。例如,与只进行一次读取相比,可以将多个非重置性读取平均在一起,以减少像素噪声。另一个优点是,利用同一像素的多个样本,能够正常的看到信号电平的

  ,这是宇宙射线干扰像素的迹象。一旦知道宇宙射线干扰了像素,就可以在传回地球的信号后处理中,应用校正来恢复受影响的像素,从而保留其观测的科学价值。

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