Ny metode til måling af tab af signal i langt-infrarøde instrumenter

Efter omhyggeligt at have observeret dunkle genstande på nattehimlen, du ønsker ikke at spilde noget værdifuldt signal på vej fra teleskopskålen til detektoren. Men i tilfældet med fjerninfrarød astronomi, det er ikke så let, som det lyder, at transportere signalet effektivt. Faktisk, det er endda et forsøg på at måle den nøjagtige mængde signal, der går tabt. Forskere fra SRON og TU Delft har nu fundet en ny, nemmere måde at bestemme signaltabet på. I processen designede de en signalbærende mikrostrip til DESHIMA-2-instrumentet, der kun taber 1 ud af 4, 900 fotoner. Resultaterne offentliggøres i Fysisk gennemgang anvendt .

Jordens atmosfære blokerer det meste af stråling fra rummet, så astronomer kan lide at bruge satellitter til et uforstyrret syn på universet. Men dette kommer til en høj pris, fordi ruminstrumenter skal være ekstremt pålidelige og så små som muligt. Langt infrarød stråling består af nogle af de få bølgelængder, som vores atmosfære tillader at passere igennem. Så hvis du er interesseret i objekter, der udsender fjern-infrarød, såsom planetsystemer eller galakser langt væk, langt væk fra længe siden, du kan også bygge et jordbaseret teleskop. Det var præcis, hvad forskerne tænkte, da de designede Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) i Chile. Forskere fra SRON og TU Delft har opfundet et langt-infrarødt instrument til ASTE, kaldet DESHIMA, og udvikler nu sin efterfølger DESHIMA-2 sammen med samarbejdspartnere i Holland og Japan.

Fordi tidlige galakser er så langt væk, og planetsystemer er så svage, vi skal være forsigtige med det sparsomme lys, vi samler med vores teleskoper, også selvom de fører tallerkener mange meter brede. Så DESHIMA hardware-teamet, ledet af Jochem Baselmans (SRON/TU Delft), forsøger at reducere signaltabet. Det indkommende signal hopper frem og tilbage hundredvis af gange, før det har tilbagelagt den nødvendige afstand til detektoren, forstærker tabet ved hver afvisning. Så hvis du reducerer tabet ved hver afvisning, det samlede tab falder dramatisk.

Til DESHIMA-2, holdet sigter mod at nå et tab på kun 0,02% pr. bounce. "For at studere tidlige galakser mere detaljeret, vi har brug for en spektral opløsning på 500, " siger Baselmans. "I så fald, selvom du taber 0,2 % pr. bounce, du har mistet halvdelen af ​​signalet, når det når detektoren. Vi skal have tabet ned til 1 ud af 5, 000, så 0,02% for at bevare det meste af den indsamlede stråling fra rummet."

I øjeblikket er holdet der næsten, med en såkaldt mikrostrimmel, der transporterer signalet med et tab på kun 1 ud af 4, 900. Måske var den sværeste del ikke engang at nå dette niveau, men derimod præcist at måle, at mikrostrimlen faktisk er på det niveau. Sebastian Hähnle, der ledede denne indsats, beskriver hans nye målemetode i Physical Review Applied, gør det muligt for instrumentforskere verden over for første gang faktisk at kende mulighederne for den mikrostrip, de arbejder på. I fremtiden, instrumenter bliver kun mere komplekse, gør denne nye metode endnu mere nødvendig.

For at definere en mikrostrip, videnskabsmænd ønsker at kende det såkaldte indre tab. Men når du blot trækker det udgående signal fra det indgående signal i et laboratorium, du får en kombination af det interne tab og koblingstabet, hvilket sker, når signalet hopper. Så du skal skelne mellem dem. Nu, Hähnle har fundet en ny, nemmere måde at gøre dette på. "Med andre metoder skal du vide, hvor stort det indgående kalibrerede signal er, " siger han. "Det kræver dyre og komplekse eksperimenter. Det behøver min metode ikke." Han lavede en chip med fire mikrostrips af varierende længde. Jo længere mikrostrip, jo mindre signalet skal hoppe for at rejse den nødvendige afstand, så koblingstabet bliver mindre, mens det interne tab forbliver det samme. Hvis du nu sammenligner det samlede tab af alle fire mikrostrips, du kan udlede det interne tab af hver af dem.