中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王堅(jiān)課題組經(jīng)過(guò)兩年攻關(guān),攻克了微弱信號(hào)檢測(cè)、高增益靈敏放大、暗流及背景噪聲抑制、高真空低溫封裝、高精度數(shù)字鎖相放大等關(guān)鍵技術(shù),成功研制出2.5~5微米波段紅外天光背景測(cè)量?jī)x。相關(guān)成果日前發(fā)表在《天文望遠(yuǎn)鏡儀器和系統(tǒng)雜志》上。
紅外觀測(cè)是天文研究的重要手段。長(zhǎng)久以來(lái),我國(guó)紅外天文研究發(fā)展受限于優(yōu)良臺(tái)址和探測(cè)器的缺乏。國(guó)內(nèi)紅外探測(cè)器技術(shù)起步較晚且發(fā)展相對(duì)滯后,加上國(guó)外在紅外設(shè)備方面對(duì)中國(guó)的商業(yè)限制,使得我國(guó)紅外天文發(fā)展嚴(yán)重落后。
隨著近年來(lái)我國(guó)天文研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,中國(guó)天文界擁有紅外天文觀測(cè)能力的愿望也更加迫切。近期我國(guó)多項(xiàng)大型光學(xué)紅外天文觀測(cè)設(shè)備項(xiàng)目獲得天文界支持,為了保證這些大型設(shè)備建設(shè)成功后,順利高效地開(kāi)展紅外觀測(cè)儀器的研制和紅外天文的觀測(cè)研究,必須對(duì)相關(guān)候選站址進(jìn)行紅外天光背景的測(cè)量。在紅外波段的天光背景輻射強(qiáng)度很大程度上限制著紅外望遠(yuǎn)鏡及其他觀測(cè)設(shè)備的一些重要性能,如巡天深度、能夠觀測(cè)的極限星等、天文成像系統(tǒng)曝光時(shí)間等。
由于地面大氣的吸收效應(yīng),地基紅外望遠(yuǎn)鏡只能從若干大氣窗口進(jìn)行觀測(cè)。2.5-5um是熱紅外波段的開(kāi)始,是地面觀測(cè)的重要窗口L和M波段的所在區(qū)域。
圖1地面紅外可觀測(cè)波段
王堅(jiān)課題組帶領(lǐng)的光電探測(cè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)InSb探測(cè)器在2.5~5微米波段上高響應(yīng)的性能,利用線性可變?yōu)V波片在此波段線性可變的特點(diǎn),成功研制出此波段上連續(xù)掃描觀測(cè)的紅外天光背景測(cè)量?jī)x。
圖2光學(xué)模型和測(cè)量?jī)x外形
由于天光背景強(qiáng)度極其微弱,探測(cè)器輸出信號(hào)低于nA量級(jí),他們采用鎖相放大技術(shù)成功提取出淹沒(méi)在噪聲中的信號(hào)。為降低探測(cè)器暗電流的影響、克服背景熱噪聲,他們還將探測(cè)器制冷到-150℃以下,并進(jìn)行了適應(yīng)低溫的斬波器和光學(xué)設(shè)計(jì)。