PCO助力外太空观测系列(3):pco.edge 5.5 相机成功用于红外干涉仪为目的的气球望远镜项目(BETTII)(II)

2021-06-09 23:39:06 admincd

PCO助力外太空观测系列(3):pco.edge 5.5 相机成功用于红外干涉仪为目的的气球望远镜项目(BETTII)(II)

The Balloon Experimental Twin Telescope for Infrared Interferometry (BETTII):

An Experiment for High Angular Resolution in the Far-Infrared

红外干涉测量用球载双望远镜实验(BETTII):

远红外高角度分辨率实验


S. A. RINEHART, M. RIZZO, D. J. BENFORD, D. J. FIXSEN, T. J. VEACH, A. DHABAL, D. T. LEISAWITZ, L. G. MUNDY, R. F. SILVERBERG, R. K. BARRY, J. G. STAGUHN, R. BARCLAY, J. E. MENTZELL, M. GRIFFIN, P. A. R. ADE, E. PASCALE, G. KLEMENCIC, G. SAVINI, AND R. JUANOLA-PARRAMON

S. A. Rinehart et al 2014 PASP 126 660

https://doi.org/10.1086/677402


摘要翻译

用于红外干涉测量的球载双望远镜实验(BETTII)是一种新型的球载远红外干涉仪,旨在提供远红外(30–90 μm)的空间分辨光谱。8米基线与双傅里叶迈克尔逊干涉仪的结合,使识别并提取密集的天文源信息成为可能,同时此设施也为每个源提供低分辨率光谱。在这个波长范围内,BETTII将提供亚弧秒级的角分辨率,这种能力是其他远红外设备无法比拟的。本文概述了BETTII实验的整个设计,并对预计的飞行性能作了简要的讨论。

图文节选(1)

图片关键词


图1:此处显示了BETTII的总体设计。本文分为三个主要部分,与图中标示的主要元素相对应:外部光学元件(计量桁架)、仪器和外骨骼/控制系统。



图文节选(2)

图片关键词


图2:BETTII桁架于2012年完工;这里的图片显示了组装完成时的桁架。插图显示了额外的细节。各管通过不锈钢节点连接在一起。每个节点的连接都使用一个3/8'' 螺栓,螺栓带有球形垫圈,以允许桁架弯曲。对于较长的管子,聚乙烯垫圈用于补偿有效载荷上升到气球高度时预期的热收缩差。


图文节选(3)

BETTII是一种球载8米基线迈克尔逊恒星干涉仪(图1),它有两个椭圆定星镜,定星镜在天空中的光束可对应于直径50厘米的圆形光圈。低温仪器有两个波段(30–55和55–90微米) ,在40微米处提供0.5” 的角度分辨率, 光谱分辨率高达R ∼ 200. BETTI的质量约为1000公斤;在1182万立方英尺的气球上,BETTI可以升至12万英尺的高度。虽然原则上BETTII可以在白天获得科学数据,但对于第一次飞行,最好是最大限度地利用漂浮时段内的黑夜时间。假设早上从萨姆纳堡发射,总飞行时间将超过16小时。该仪器本身是一个“双傅里叶”迈克尔逊干涉仪,类似于设想中用于航天的有潜在高性能的干涉仪(如SPIRIT)。双傅里叶仪器为BETTII提供了两个关键优势。首先,它同时提供空间和光谱信息。第二,它允许宽场干涉测量。传统的迈克尔逊干涉仪使用单个探测器;视场(“主光束”)由单个光收集孔的大小决定。通过使用探测器阵列,可以在不同的像元上同时观察多个相邻的主光束对应的干涉图。将空间信息在探测器上进行编码并作为相对偏移参考,以识别来自不同光源的白光条纹包之间的零路径差(ZPD)位置。双傅里叶干涉仪,配备了一个合适的探测器阵列,因此可以同时提供宽广视野的高空间分辨率和中等光谱分辨率信息。


Star camera是一个内部人员搭建的相机系统,本福德等人(2012年)对star camera进行了描述。此相机系统提供了在R.A.和decl.上的1” RMS指向信息,以及在瞄准镜周围全面的40” RMS信息。单个帧曝光时间为100毫秒;天体测量计算主导着指向确定率,每1-2秒确定一次新的指向解。然而,单帧将以最大读出速率获得,并将额外的帧用于地面上的飞行后重建指向环节。值得注意的是,这些结果是基于在马里兰州绿带城的地面观测情况,那里的观测条件通常是不太好;当相机在更温和的环境(例如气球飞行的高空环境)下工作时,我们预期会有更好的结果。Star camera系统由一个采用CMOS探测器阵列的pco.edge相机、一个带有机械聚焦系统的300毫米商用相机镜头、一个挡板管和计算机组成。Star camera安装在计量桁架上,而用于读取相机数据和计算指向位置的计算机则安装在外骨骼架子上。Star camera在3:18 × 2:68°的FOV上收集数据,并使用哥伦比亚大学为EBEX实验开发的算法(Oxley et al.2004),并且在卡迪夫大学进行了修正,以达到所需的指向精度。Star camera在控制系统中用来校正陀螺仪的偏差和漂移。它还提供“在空间中丢失”状态的确定指向能力。


图片关键词

pco.edge 5.5 具有新异的科研级CMOS(sCMOS)芯片,能提供清晰的图像质量和准确的测量结果。为需要超高分辨率、高帧速率、16位动态范围、高量子效率和多种快门选项的用户精心设计,并且具有彩色芯片型号。

基本参数

  • 热稳定(制冷)0 °C / +5 °C / +7 °C

  • 超低中值读出噪音1.0 e-

  • 高分辨率2560 x 2160像素

  • 动态范围30 000 : 1 (CLHS, USB) / 27 000 : 1 (CL)

  • 量子效率可达60 %

  • 快门曝光时间: 500 µs to 2 s(RS)

  • 最高帧速率100 fps

  • 滚动快门或全域快门/全域重置快门

  • Camera Link 全接口或者USB 3.0 接口

  • 黑白或者彩色芯片

  • 紧凑机身设计: 102 x 79 x 70 mm3

  • 可选项:水制冷系统


【关于PCO】

PCO于1987年诞生于德国,是高端科学级相机和高端工业相机系统的顶级技术和产品提供商,在高灵敏、超低读出噪声、高帧速率、相机制冷、广泛的可选曝光时间范围、紫外(UV)到近红外(NIR)感光以及超高动态范围等诸多成像相关之方向,具有独特的核心技术优势。其产品包含最新的高灵敏高性能的sCMOS相机、高画质高速摄像机、增强型sCMOS相机、Two-Tap CMOS频域FLIM相机等。

德国PCO相机和技术可广泛应用于可见光、紫外光、近红外光、荧光、弱光和单光子级信号的成像和定量分析,以及时间分辨、荧光寿命分析、高速和超高速成像等。其适用范围涵盖物理科学、生命科学、工程、国防、工业以及光电科学、天文学等诸多领域。

元奥仪器作为德国PCO公司指定中国区代理商,热情为各位客户提供产品咨询,售前售后服务。并提供样机演示服务。欢迎各位客户来电详询。

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