Development of large terahertz heterodyne receiver arrays for future space observations

Studie naar nieuwe detector voor sterrenkunde

Het observeren van atomen, moleculen en stof in het interstellaire medium gaat niet zo goed in het “normale’ zichtbare licht. In plaats daarvan is het beter waarnemingen te doen van een speciaal soort infrarood licht: terahertz straling. Deze straling bevat de vingerafdrukken van de verschillende substanties en de straling kan lange afstanden afleggen. Een nadeel is dat we de terahertz straling alleen kunnen waarnemen vanuit de ruimte, omdat de atmosfeer deze niet doorlaat. Om de observatiesnelheid te verhogen, binnen de begrensde levensduur van een ruimtetelescoop, is een serie terahertz antennes (een array) de beste optie. In zijn proefschrift heeft Yuner Gan een aantal sleuteltechnologieën onderzocht voor grote terahertz arrays.

Om een spectrale lijn in straling uit het heelal te meten gebruiken astronomen gevoelige terahertz detectoren die het signaal van een ingebouwde lokale bron en mixen dat met het signaal uit de ruimte. Om het signaal uit de lokale bron in de detector te brengen zijn speciale optische componenten nodig. Gan behandelt daarom allereerst de ontwikkeling van de optica voor lokale bronnen.

Daarnaast heeft hij een nieuw type detector onderzocht, de zogenaamde hot electron bolometer gemaakt van MgB₂. De algemeen gebruikte detectoren werken bij een temperatuur van 4 Kelvin. De nieuwe detector werkt bij een hogere temperatuur, namelijk 20 Kelvin. Een kleine 20 Kelvin koeler koelt dit nieuwe type detector en wordt gezien als een revolutie voor toekomstige ruimteobservatoria.

Tenslotte behandelt Gan een gedetailleerde concept- en ontwerpstudie van een 1000-pixel terahertz array ontvanger. Deze 1000-pixel array ontvanger kan functioneren als een referentie voor de volgende generatie van grote arrays.

Yuner Gan verrichtte zijn promotieonderzoek bij de afdeling Sterrenkunde van het Kapteyn Instituut met financiering via de Chinese Scholarship Council.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/6e8f5c92-2a16-42a7-b3d6-04da892b166c