[发明专利]阵列成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及射电天文望远镜，具体涉及阵列成像系统。

背景技术

太赫兹超导探测器是目前广泛应用于射电天文接收机中的高灵敏度探测器。为了实现与射电天文望远镜主天线的高效信号耦合，精确表征超导探测器的远场波束特性显得尤为重要。频率低于1.5 THz时，波导型超导探测器集成了波导喇叭作为接收天线，具有很好的波束特性。但是随着频率的升高，波导的尺寸变得越来越小（与工作波长接近），加工制作在技术上存在较大困难，同时成本很高。另外金属表面趋肤深度（skin depth）随着频率的升高而减小，也就是说高频电流越来越向波导表面集中，金属波导的表面粗糙度导致波导损耗随着频率而急剧增加。同时波导喇叭及其相应的连接波导通常采用机械加工制作，不适合大规模阵列应用。另外一种信号耦合形式-准光学型超导探测器-硅透镜与平面天线组成的混合天线，通过平面工艺将探测器与平面天线一次制作完成，再与硅透镜集成。因其工艺简单，造价低，安装方便，易于大规模集成等特点，并且在高频时损耗比波导型探测器小得多，而逐渐被应用于太赫兹天文望远镜。

随着现代射电天文的发展，尤其是大规模巡天观测的要求，多波束接收机组成的探测器阵列其效率与像元数成正比，能够极大地缩短观测时间，开始被大规模采用。比如应用于James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) 望远镜的SCUBA2构建高达1000个像元的高灵敏度超导转变边沿结探测器（superconducting transition edge sensor, TES）阵列。而应用于Heinrich Hertz

Submillimeter Telescope (HHT)望远镜的外差混频器阵列Supercam集成了64个超导隧道结（Superconductor-Insulator-Superconductor, SIS）混频器。安装于青海13.7米毫米波望远镜上的超导成像频谱仪，是我国第一台3x3边带分离型混频器阵列，观测效率提高了近20倍。

为了保证各像元之间的精确定位，所有像元安装到同一个金属基座上，放置于望远镜的焦平面上，这样的结构保证了探测器阵列的相对位置和良好冷却。通过在硅透镜表面镀上厚度为四分之一波长的防反射层（n=√(n_Si)=1.85），消除硅透镜表面的反射，相应降低光学损耗，从而提高探测器的灵敏度。然而金属基座（多数为无氧铜）表面，尤其是表面镀金后，对太赫兹信号的反射率接近1，严重影响探测器阵列各像元的波束特性，以及像元之间的交叉干扰（cross-talk），因此消除探测器阵列各像元之间的金属表面反射具有重要意义。

发明内容

针对现有太赫兹探测器阵列远场波束特性测量技术的不足，本发明的目的是提供一种阵列成像系统，该阵列成像系统可以克服探测器阵列像元之间的金属表面反射对探测器阵列远场波束特性的影响（特别是靠近主瓣的旁瓣和像元之间的交叉干扰），得到接近理论结果的波束特性。

完成上述发明的技术方案是：阵列成像系统，包括基座和设置在基座上的由若干硅透镜组成的硅透镜阵列，在硅透镜正面的表面镀有厚度为四分之一波长的防反射层，在每个硅透镜背面中心分别设有一个太赫兹探测器，形成太赫兹探测器阵列，在所述基座的正面，所述若干硅透镜之间的金属表面覆盖有太赫兹吸波材料层。

以上所述的太赫兹吸波材料层可以采用Emerson & Cuming公司的吸波材料，如Eccosorb BSR，它是一种薄、柔韧、高损耗、不导电的硅树脂橡胶片，厚度从0.25 mm到2.54 mm，可用刀子或剪刀轻易切割，并适合复合曲面。该种材料为本发明推荐使用。 

以上所述的太赫兹吸波材料层还可以是采用SiC及Stycast制作的太赫兹辐射吸收表面层，所述的太赫兹吸波材料层为采用Stycast及SiC制作的太赫兹辐射吸收表面层，该表面层包括黑色的第一Stycast环氧树脂层，在第一Stycast环氧树脂层上设有SiC颗粒层，在SiC颗粒层上设有第二Stycast环氧树脂层。即第一和第二Stycast环氧树脂层将SiC颗粒层粘贴在金属表面。所述SiC颗粒层的SiC颗粒直径优选为0.1 mm左右。

本发明通过在基座的金属表面设置太赫兹吸波材料层，能够很好地消除太赫兹探测器阵列各像元之间金属表面反射对远场波束特性的影响，太赫兹吸波材料在金属表面的涂敷快捷方便。这些太赫兹吸波材料能够在高灵敏度探测器所要求的4K（零下270度）及更低温区工作，经过多次冷热循环保持特性不变。

本发明的优点在于：