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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1967| Readout and characterization system for kinetic inductance detectors (KID) of the MUSCAT project. | |
| Marcial Becerril | |
| Abraham Luna Castellanos Edgar Castillo Domínguez | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Readout mm astronomy mm camera MUSCAT camera LMT Kinetic inductance detectors (KID) Frequency multiplexing Microwave electronics | |
| MUSCAT is a continuum millimetre camera for the 1.1 mm band. It consists of six arrays of 243 kinetic inductance detectors (KID) each, for a total of 1458 detectors. It operates at a temperature of 150 mK, using a novel closed-cycle cooling system. This camera belongs to the new generation of instruments to be installed in the Large Millimeter Telescope (LMT). The LMT is the largest millimetre telescope in the world, with a 50 m primary reflector. It is located on the top of the extinct volcano Sierra Negra at 4600 m high in the Mexican state of Puebla. In the 1.1 mm band it is capable of reaching an angular resolution of up to 5.5". The development of KID detectors goes through a cyclical process of design, manufacturing, readout and characterization of their parameters. The final part of this cycle allows evaluating
the performance of the detector according to the needs of the application, to suggest improvements in the design and repeat the process consequently. In this sense, because the trend in the development of the instruments points to the exponential increase in the number of detectors, as is the case of MUSCAT, the rapid and efficient characterization of all of them becomes essential, to accelerate the consolidation of the final detector design. In this thesis, I preset a characterization system that includes the readout and quantitativequalitative analysis of the response of the detectors array as a function of detector base temperature, incident optical power, and RF readout power. The readout system, called KID Lab/mux-channel, through the frequency multiplexing technique performs 1) the simultaneous acquisition of the RF transmission S₂₁ of the detectors for a given span and step size, where it accurately locates the resonance frequencies and on which the set of readout tones is adjusted to 2) initiate the parallel acquisition of the response of the detectors. From this information, the analysis tool, called KID Analyzer, extracts the physical parameters of the array and its detectors such as their resonance frequencies, quality factors, generation-recombination noise level (GR), the quasi-particles lifetime, responsivity, noise equivalent power (NEP), among others. Applying the above tools, I characterised the distribution and cross-talking between the 243 detectors of one of the full-size prototype array for MUSCAT, where it was observed that the individual response of most of the detectors is appropriate. MUSCAT es una cámara milimétrica de continuo para la banda de 1.1 mm. Esta formada por seis arreglos de 243 detectores de inductancia cinética (KID) cada uno, para un total de 1458 detectores. Opera a una temperatura de 150 mK, utilizando un innovador sistema de enfriamiento de ciclo cerrado. Esta cámara pertenece a la nueva generación de instrumentos a instalarse en el Gran Telescopio Milimétrico (GTM). El GTM es el telescopio milimétrico más grande del mundo, con un reflector primario de 50 m. Se localiza en la cima del volcan extinto Sierra Negra a 4600 m de altura en el estado mexicano de Puebla. En la banda de 1.1 mm es capaz de alcanzar una resolución angular de hasta 5.5". El desarrollo de detectores KID pasa a través de un proceso cíclico de diseño, fabricación, lectura y caracterización de sus parámetros. Este último permite evaluar el desempeño del detector según las necesidades de la aplicación, para consecuentemente sugerir mejoras en el diseño y repetir nuevamente el proceso. En este sentido, debido a que la tendencia en el desarrollo de instrumentos apunta al incremento exponencial en el número de detectores, como es el caso de MUSCAT, se vuelve fundamental la rápida y eficiente caracterización de todos ellos, para accelerar la consolidación del arreglo y sus detectores. Para ello, en este tesis se ha desarrollado un sistema de caracterización que comprende la lectura y análisis cuantitativo-cualitativo de la respuesta de los detectores del arreglo en función la temperatura base del detector, la potencia óptica incidente y la potencia de lectura. El sistema de lectura, llamado KID Lab/mux-channel, a través de la técnica de multiplexado en frecuencia realiza 1) la adquisición simultánea de la transmisión S₂₁ de los detectores para un ancho de banda y paso de barrido definidos, donde localiza con exactitud las frecuencias de resonancia y sobre las que ajusta el conjunto de tonos para 2) iniciar la adquisición paralela de la respuesta de los detectores. A partir de esta información, la herramienta de análisis, bautizada como KID Analyser, extrae los parámetros físicos del arreglo y sus detectores como sus frecuencias de resonancia, factores de calidad, nivel de ruido generación-recombinación (GR), tiempo de vida de las cuasi-partículas, responsividad, potencia de ruido equivalente (NEP), entre otros. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2019-12 | |
| Tesis de maestría | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Becerril Tapia, M., (2019), Readout and characterization system for kinetic inductance detectors (KID) of the MUSCAT Project, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Astrofísica |
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