高性能超導(dǎo)相變邊緣單光子探測器（特邀）

李佩展，鐘家強(qiáng)，張文，王爭，耿悅，姚騎均，繆巍，任遠(yuǎn)，李婧，史生才

（1 中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)， 南京 210023）（2 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 天文與空間科學(xué)學(xué)院， 合肥 230026）

0 引言

天文觀測研究逐漸發(fā)展成為全波段天文學(xué)，通過多個(gè)波段的協(xié)同觀測可獲取研究對象更多維度的信息。近年來可見光/近紅外天文蓬勃發(fā)展，在暗物質(zhì)、暗能量、第一代恒星、星系和超大質(zhì)量黑洞等研究方面取得了許多令人激動(dòng)人心的成果。此外，國際上已建成多臺(tái)10 米級(jí)光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡，正在建設(shè)30 米級(jí)的TMT（Thirty Meter Telescope）望遠(yuǎn)鏡［1］，充分說明可見光/近紅外波段天文觀測的重要科學(xué)意義和豐富的應(yīng)用前景。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡通常配備大規(guī)模電荷耦合器件（Charge Coupled Detector， CCD）陣列相機(jī)［2］。CCD相機(jī)在可見光波段具有接近100%的量子效率，但是讀出噪聲隨著速度增加而升高［3］，很難用于觀測快速時(shí)變的暫現(xiàn)源。當(dāng)波長從可見光擴(kuò)展到紅外，HgCdTe 探測器陣列具有更高的靈敏度［4］，成功應(yīng)用到最新發(fā)射的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope， JWST）上［5］，并對木星等天體進(jìn)行了詳細(xì)的觀測。

超導(dǎo)相變邊緣探測器（Transition-Edge Sensor， TES）具有極高的探測靈敏度，在可見光/近紅外波段具有光子數(shù)分辨能力，在X 射線等高能波段能量分辨率極高［6］。與前述的半導(dǎo)體探測器（硅基CCD， InSb，HgCdTe 等）比較，超導(dǎo)TES 探測器的探測效率更高，響應(yīng)速度更快，暗計(jì)數(shù)更低，能量分辨率更高［7］，在可見光/近紅外時(shí)域天文觀測中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。美國斯坦福大學(xué)研制了基于超導(dǎo)TES 探測器的成像光譜儀并對Crab 脈沖星進(jìn)行了觀測，成功獲取其能譜和時(shí)變特性［8-9］。……