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Sistema criogénico y electrónica de lectura para detectores superconductores de radiación milimétrica.
SALVADOR VENTURA GONZALEZ
DANIEL FERRUSCA RODRIGUEZ
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
FPGA
SQUIDS
Superconducting detectors
Cryogenics
Cryostats
Cryogenic system
Millimeter wavelength astronomy has become important in recent decades in both cosmological scale studies and observations of the nearby Universe, with a growing interest in the scientific community for analysis of astronomical objects such as planetary systems, galaxies and clusters of galaxies, of which, millimeter astronomy allows the research mainly of their initial stages of formation. That has led to the construction of telescopes and technological advances in different areas of knowledge have made possible the development of instrumentation for millimeter astronomy, which is a multidisciplinary work combining, for example, room and low-temperature electronics, cryogenic techniques, microfabrication using superconducting materials, development of hardware and software, among others. In order to perform the characterization and operation of mm-wavelength superconducting detectors, the installation and characterization of a cryogenic system and an electronic read-out, along with the design, manufacture, and testing of optomechanical devices were carried out in this thesis. The work includes the installation and characterization of two-stages cryogenic systems using two Pulse Tube Coolers and a He-3/He-4 fridge, with which a minimum temperature of ∼250 mK was reached in a ∼44 hours hold-time cycle. A script was programmed in LABVIEW for monitoring and controlling temperatures of the cryostats and fridge. In addition, an electronic readout was installed for TES detectors in a frequency domain multiplexed scheme, which comprises using MATLAB and Vivado for designing and programming an algorithm on a FPGA Kintex for the generation and digital processing of signals, as well as the installation and characterization of SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) at 4 K.
La astronomía en longitudes de onda milimétricas ha cobrado importancia en las últimas décadas tanto en estudios a escalas cosmológicas como en observaciones del Universo cercano, con un creciente interés de la comunidad científica por el análisis de diferentes objetos astronómicos, tales como sistemas planetarios, galaxias y cúmulos de galaxias, de los cuales, la astronomía milimétrica permite su estudio principalmente en sus etapas iniciales de formación. Lo anterior ha impulsado la construcción de telescopios, al tiempo que avances tecnológicos en diferentes áreas del conocimiento han hecho posible el desarrollo de la instrumentación correspondiente, el cual es un trabajo multidisciplinario en el que actualmente se combinan, por ejemplo, electrónica de baja temperatura y temperatura ambiente, técnicas criogénicas y de microfabricación con materiales superconductores, programación y desarrollo de equipo de cómputo, entre otros. En esta tesis se llevó a cabo la instalación y caracterización de un sistema criogénico, electrónica de lectura a temperatura ambiente y criogénica, así como el diseño, fabricación y pruebas de componentes optomecánicos, todo ello para realizar la caracterización y operación de detectores superconductores de radiación milimétrica. El trabajo incluye la instalación y caracterización de sistemas criogénicos de dos etapas, con dos enfriadores de tubo de pulsos para una temperatura de 4 K y un refrigerador de He-3/He-4 con el que se alcanzó una temperatura mínima de ∼250 mK en un ciclo de ∼45 horas. Se realizó, para este propósito, la programación en LABVIEW para el control y monitoreo de temperaturas tanto para los criostatos como para el refrigerador. Asimismo, se llevó a cabo la instalación de la electrónica de lectura para detectores tipo TES en un esquema de multiplexado en frecuencia, el cual comprende el uso de MATLAB y VIVADO para el diseño y programación de un algoritmo en una tarjeta FPGA Kintex utilizada para la generación y procesamiento de señales, así como la instalación y caracterización de SQUIDs (del inglés Superconducting Quantum Interference Devices) a 4 K.
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
15-12-2017
Tesis de doctorado
Español
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Ventura-González S
PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Versión aceptada
acceptedVersion - Versión aceptada
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