イメージング アレイ QMC Instruments Ltd.
QMC Instruments Ltd.
イメージングアレイ
検出器の開発とエレクトロニクスの進歩により、複数の検出器を同一ウェハ上に配置し、読み出すことが可能になりました。これにより、画像を生成するための検出器のアレイを作ることができるようになりました。
⦿ イメージングアレイは、用途に応じて、シングルピクセルアレイに比べて複数の利点があります。
⦿ 複数の周波数を同時に検出できるので、従来の分光器（FTS以外）の取り込み時間を大幅に短縮することができます。
光学系と組み合わせることで、THzフォトグラフィーを実現することができます。
⦿ ビームの形状や大きさを観察するのに使用できます。
⦿ 複数の周波数と偏光を同時に撮影することができます。
QMC Insteumentsが製造できるアレイには主に2種類あり、どちらも異なるタイプの検出器、トランジションエッジセンサー（TES）ボロメーターとキネティック インダクタンス検出器（KID）に基づいています。
TES アレイ
TESボロメータ・アレイは、当社のシングル・ピクセル・アレイと同じで、4K付近で同様の周波数範囲と速度（数ms）で動作します。お客様のニーズに合わせて構成することができます。例えば、上の写真はTHzビーム形状のモニタリングに使用される25ピクセルのアレイです。
TESアレイは、単一のTESのすべての利点を持ち、大まかなスペクトル範囲（100GHz～30THz）と約8Kで動作することができます。403のドライシステムやウェットシステムと同様に、パルス管冷却器に簡単に組み込むことができます。また、当社のウィンストン・コーンとも互換性があり、光をアレイ全体に集光することで、より良い集光効率を得ることができます。左下の写真は、乾式システムのコールドプレートにカスタムデザインのウィンストン・コーンを取り付けたアレイの完成品です。右側にはアレイのコーンのデジタルレンダリングを示しています。
AL LEKID
マイクロ波帯用のLEKID(Lumped Element Kinetic Inductance Detectors)は、X線からサブテラヘルツ周波数までの広範囲の放射線を検出することができる超伝導検出器の一種である。2003年に初めて提案されて以来、世界中の多くの天文学者がMIR-FIRスペクトル領域を観測するために使用しています。
LEKIDは、TESボロメーターのアレイに比べていくつかの利点があります。
◉ 検出器の応答が速い（通常100µs以下
◉ 周波数領域での多重化が容易なため、読み出し速度が速い
◉ アレイの密度が高く、単位面積あたりのピクセル数が多い。
ただし、Nb-TESアレイよりも特殊な冷却システムや電子機器が必要になります。
応用例
Al KIDには多くのエキサイティングな用途があります。歴史的には、NIKA、The Next Generation Blast Experiment、MUSCATなどのプロジェクトで、THz天文学のイメージングのために開発されてきました。しかし、多くの不透明な物質がこの周波数では透明であるという事実から、これらの検出器を使用できる興味深いテラヘルツ波のアプリケーションは他にもたくさんあります。これにより、生物医学、非破壊検査、物体検出、セキュリティなど、パッシブイメージングが有効なさまざまな分野での使用が可能になります。
下の写真は、彼の技術がいかに有用であるかを明確に示しています。封筒を持った男性が、可視カメラ、赤外線カメラ、LEKIDカメラ（それぞれ左、中央、右）で撮影されています。可視カメラと赤外線カメラでは、封筒は空っぽのように見えますが、LEKIDカメラでは、明らかに中に物体が入っています。この物体（主にプラスチック）は、封筒がこの周波数では完全に透明であるために見えています。
QMC Instrumentsは、カーディフ大学の天文学機器グループのパートナーと密接に協力し、希釈冷蔵庫を必要としないドライシステムで冷却LEKIDアレイを完成させました。もし、セキュリティに関連しない用途で当社の極低温LEKIDシステムを使用したいとお考えでしたら、そのアイデアをさらに発展させるために、あなたと一緒に仕事ができることを楽しみにしています。
私たちは現在、この技術をスピンアウトしたSequestim社を通じて、隠れた物体や人を検出できるパッシブ・テラヘルツ・スキャナーとして、セキュリティ用途に商品化しています。このエキサイティングな新分野についての詳細は、下記のSequestimのロゴをクリックしてください。
動作原理
LEKIDの最大の利点は、その基本的な動作から、アレイ化や多重化が非常に容易であることです。1つのLEKIDは基本的に超電導LRC回路であり、インダクタ、コンデンサ、抵抗のすべてが「フィードライン」に結合された閉回路となっている。超電導状態では、十分なエネルギーを持つ放射線を照射すると、クーパーペアが切断され、過剰な準粒子集団が発生します。その結果、超電導回路のキネティック・インダクタンスが変化し、LRC回路の共振周波数が変化する。この個々の共振器を弱く結合し、フィードラインに沿って信号をプローブして共振周波数を測定すると、放射線の入射による共振周波数の変化を容易に観測することができます。
LEKIDでは、多重化されたイメージングアレイを形成するために、各共振回路が異なる共振周波数を持つように設計されています。これは、各回路のキャパシタンスを変化させることで実現しており、各回路が他の回路と明確に区別できる固有の共振／共振シフトを持つようになっています。
