Kinetischer Induktivitätsdetektor

Der englisch kinetic inductance detector (KID) – auch bekannt als englisch microwave kinetic inductance detector (MKID) – ist ein supraleitender Detektor der einzelne Photonen zählen kann und zugleich ihre Energie bzw. Frequenz bestimmen kann. Er wurden am California Institute of Technology und Jet Propulsion Laboratory im Jahr 2003 entwickelt. Der Detektor arbeitet bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt, meist unterhalb von 1 Kelvin.

Funktionsprinzip

Photonen die auf einen Supraleiter-Streifen auftreffen brechen darin Cooper-Paare und lassen Quasiteilchen entstehen. Die kinetic inductance des Supraleiter-Streifen ist umgekehrt proportional zur Dichte der Cooperpaare, weshalb die kinetic inductance durch dir Absorption von Photonen zunimmt.

Diese Induktivität kann mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis verbunden werden, dessen Resonanzfrequenz sich dann auch durch die absorbierten Photonen verändert. Damit können vielelementige Detektoren, zur Aufnahme eines Bildes, aufgebaut werden. Jedes Element darin wird über eine bestimmte Frequenz ausgewählt und ausgelesen.

Anwendungen

KIDs werden in der Astronomie zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung im Millimeter- and Submillimeter-Wellenlängenbereich eingesetzt. Verwendungen finden sie in dem

Caltech Submillimeter Observatory,
Atacama Pathfinder Experiment (APEX)
CCAT Observatory,
Large Millimeter Telescope,
Das 30-m-Teleskop auf dem Pico del Veleta des Institut für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM),
OLIMPO in 2018 und
BLAST-TNG in 2020.

Am Palomar Observatory werden sie zudem für den optischen Bereich und das nahe Infrarot verwendet.

Da sie im Vergleich zu Bolometer mit Phasenübergangsthermometer kompakter, kostengünstiger und weniger komplex sind, werden sie zunehmend verwendet.

Einzelnachweise

1 2 E. G. P. O’Connor, A. Shearer, K. O’Brien: Energy-sensitive detectors for astronomy: Past, present and future. In: New Astronomy Reviews. Band 87, 2019, doi:10.1016/j.newar.2020.101526.
↑ P. K. Day, H. G. LeDuc, B. A. Mazin, A. Vayonakis, J. Zmuidzinas: A broadband superconducting detector suitable for use in large arrays. In: Nature. 425. Jahrgang, Nr. 6960, 2003, S. 817–821, doi:10.1038/nature02037, PMID 14574407, bibcode:2003Natur.425..817D (englisch).
↑ MUSIC for sub/millimeter astrophysics. 2010, ISBN 978-0-8194-8231-0, doi:10.1117/12.857751 (englisch).
↑ S. Heyminck, B. Klein, R. Güsten, C. Kasemann, A. Baryshev, J. Baselmans, S. Yates, T. M. Klapwijk: Development of a MKID Camera for APEX. In: Twenty-First International Symposium on Space Terahertz Technology. 2010, S. 262, bibcode:2010stt..conf..262H (englisch).
↑ A. Monfardini: A dual-band millimeter-wave kinetic inductance camera for the IRAM 30 m telescope. In: The Astrophysical Journal Supplement Series. 194. Jahrgang, Nr. 2, 2011, S. 24, doi:10.1088/0067-0049/194/2/24, arxiv:1102.0870, bibcode:2011ApJS..194...24M (englisch).
↑ S. Masi, P. de Bernardis, A. Paiella, F. Piacentini, L. Lamagna, A. Coppolecchia, P.A.R. Ade, E.S. Battistelli, M.G. Castellano, I. Colantoni, F. Columbro, G. D'Alessandro, M. De Petris, S. Gordon, C. Magneville: Kinetic Inductance Detectors for the OLIMPO experiment: in-flight operation and performance. In: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2019. Jahrgang, Nr. 7, 1. Juli 2019, ISSN 1475-7516, S. 003, doi:10.1088/1475-7516/2019/07/003, arxiv:1902.08993, bibcode:2019JCAP...07..003M (englisch, iop.org).
↑ Science – BLAST The Experiment. In: sites.northwestern.edu. Abgerufen am 17. Dezember 2023 (englisch).
↑ B. A. Mazin, K. O'Brien, S. McHugh, B. Bumble, D. Moore, S. Golwala, J. Zmuidzinas: ARCONS: a highly multiplexed superconducting optical to near-IR camera. In: Proc. SPIE (= Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy III). 7735. Jahrgang, 2010, S. 773518, doi:10.1117/12.856440, arxiv:1007.0752, bibcode:2010SPIE.7735E..18M (englisch).
↑ Jonas Zmuidzinas: Superconducting Microresonators: Physics and Applications. In: Annual Review of Condensed Matter Physics. 3. Jahrgang, März 2012, S. 169–214, doi:10.1146/annurev-conmatphys-020911-125022 (englisch).

[Review-1] 1 2 E. G. P. O’Connor, A. Shearer, K. O’Brien: Energy-sensitive detectors for astronomy: Past, present and future. In: New Astronomy Reviews. Band 87, 2019, doi:10.1016/j.newar.2020.101526.

[2] P. K. Day, H. G. LeDuc, B. A. Mazin, A. Vayonakis, J. Zmuidzinas: A broadband superconducting detector suitable for use in large arrays. In: Nature. 425. Jahrgang, Nr. 6960, 2003, S. 817–821, doi:10.1038/nature02037, PMID 14574407, bibcode:2003Natur.425..817D (englisch).

[3] MUSIC for sub/millimeter astrophysics. 2010, ISBN 978-0-8194-8231-0, doi:10.1117/12.857751 (englisch).

[4] S. Heyminck, B. Klein, R. Güsten, C. Kasemann, A. Baryshev, J. Baselmans, S. Yates, T. M. Klapwijk: Development of a MKID Camera for APEX. In: Twenty-First International Symposium on Space Terahertz Technology. 2010, S. 262, bibcode:2010stt..conf..262H (englisch).

[5] A. Monfardini: A dual-band millimeter-wave kinetic inductance camera for the IRAM 30 m telescope. In: The Astrophysical Journal Supplement Series. 194. Jahrgang, Nr. 2, 2011, S. 24, doi:10.1088/0067-0049/194/2/24, arxiv:1102.0870, bibcode:2011ApJS..194...24M (englisch).

[6] S. Masi, P. de Bernardis, A. Paiella, F. Piacentini, L. Lamagna, A. Coppolecchia, P.A.R. Ade, E.S. Battistelli, M.G. Castellano, I. Colantoni, F. Columbro, G. D'Alessandro, M. De Petris, S. Gordon, C. Magneville: Kinetic Inductance Detectors for the OLIMPO experiment: in-flight operation and performance. In: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2019. Jahrgang, Nr. 7, 1. Juli 2019, ISSN 1475-7516, S. 003, doi:10.1088/1475-7516/2019/07/003, arxiv:1902.08993, bibcode:2019JCAP...07..003M (englisch, iop.org).

[7] Science – BLAST The Experiment. In: sites.northwestern.edu. Abgerufen am 17. Dezember 2023 (englisch).

[8] B. A. Mazin, K. O'Brien, S. McHugh, B. Bumble, D. Moore, S. Golwala, J. Zmuidzinas: ARCONS: a highly multiplexed superconducting optical to near-IR camera. In: Proc. SPIE (= Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy III). 7735. Jahrgang, 2010, S. 773518, doi:10.1117/12.856440, arxiv:1007.0752, bibcode:2010SPIE.7735E..18M (englisch).

[9] Jonas Zmuidzinas: Superconducting Microresonators: Physics and Applications. In: Annual Review of Condensed Matter Physics. 3. Jahrgang, März 2012, S. 169–214, doi:10.1146/annurev-conmatphys-020911-125022 (englisch).