Астрономические детекторы
Астрономические детекторы преобразуют собранный свет в измеряемые электрические сигналы, определяя эффективность регистрации фотонов и то, насколько слабый источник может быть обнаружен в электромагнитном спектре.
Definition
Астрономический детектор — это устройство, которое поглощает электромагнитное излучение и производит регистрируемый сигнал, пропорциональный падающим фотонам, характеризующийся своей квантовой эффективностью, шумом, динамическим диапазоном и спектральной чувствительностью.
Scope
Эта область охватывает полупроводниковые матрицы изображений, такие как приборы с зарядовой связью для оптического диапазона, инфракрасные матричные детекторы, детекторы счета фотонов и детекторы с энергетическим разрешением, используемые при высоких энергиях и появляющиеся в оптическом диапазоне, а также характеристику производительности детекторов посредством квантовой эффективности, шума, линейности и калибровки.
Sub-topics
Core questions
- Как входящий свет преобразуется в измеряемый сигнал?
- Какие технологии детекторов подходят для каждого диапазона длин волн?
- Какие источники шума ограничивают обнаружение слабых источников?
- Как калибруется и характеризуется отклик детектора?
Key theories
- Фотоэлектрическое и фотопроводящее детектирование
- Фотоны, поглощенные в полупроводнике, высвобождают носители заряда, которые собираются и считываются, что является основой большинства современных детекторов от ПЗС до инфракрасных матриц.
- Квантовая эффективность и детективная квантовая эффективность
- Производительность детектора определяется долей зарегистрированных падающих фотонов и тем, насколько хорошо устройство сохраняет отношение сигнал/шум, что является ключевыми показателями для сравнения технологий.
- Источники шума
- Шум считывания, темновой ток и дробовой шум фотонов вместе определяют самый слабый обнаруживаемый сигнал, и минимизация их посредством охлаждения и тщательного считывания является центральной задачей при проектировании детекторов.
Clinical relevance
Переход от фотопластинок к электронным детекторам преобразил астрономию, более чем в десять раз повысив квантовую эффективность и обеспечив линейные цифровые измерения; достижения в области детекторов продолжают определять глубину и точность изображений, фотометрии и спектроскопии.
History
Фотографические эмульсии доминировали в течение столетия до изобретения прибора с зарядовой связью в 1969 году Бойлом и Смитом, чья адаптация к астрономии в конце 1970-х годов произвела революцию в этой области. С тех пор инфракрасные матрицы, детекторы с энергетическим разрешением и большие мозаичные фокальные плоскости расширили электронное обнаружение по всему спектру.
Key figures
- Willard Boyle
- George E. Smith
- James Janesick
Related topics
Seminal works
- rieke2003
- mclean2008
- howell2006
Frequently asked questions
- Почему электронные детекторы заменили фотопластинки в астрономии?
- Фотографические эмульсии регистрировали лишь около одного процента входящих фотонов и реагировали нелинейно. Электронные детекторы, такие как ПЗС, регистрируют большую долю фотонов, линейно реагируют в широком диапазоне и производят цифровые данные, что делает их значительно более чувствительными и количественными.
- Почему астрономические детекторы охлаждаются?
- Теплые детекторы генерируют темновой ток — поток заряда, не связанный с входящим светом, который добавляет шум. Охлаждение, часто значительно ниже нуля или до криогенных температур для инфракрасных матриц, подавляет темновой ток, чтобы слабые астрономические сигналы не терялись в шуме детектора.