Основные направления деятельности
Лаборатория перспективных разработок (ЛПР) Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук имеет многолетний опыт работы в области применения твердотельных матричных фотоприемников в астрономических наблюдениях. Основная специализация лаборатории – разработка и изготовление криостатируемых фотоприемных камер и контроллеров для широкоформатных малошумящих ПЗС‑матриц научного класса для использования в составе светоприемной аппаратуры 6‑метрового телескопа БТА САО РАН, а также для телескопов других обсерваторий.
Исследования ведутся по следующим направлениям:
- достижение максимальной чувствительности (минимального шума считывания и минимального темнового тока), требуемой во всех методах наблюдений слабых объектов при длительности единичной экспозиции вплоть до одного часа;
- достижение максимальной стабильности и линейности передаточной характеристики «свет‑цифровые отсчеты» видеоканала для фотометрических методов наблюдений в условиях, когда аппаратура подвержена большим колебаниям температуры и влажности в течение наблюдательной ночи или целого сета наблюдений;
- построение универсальных контроллеров, способных работать с фотоприемниками различных типов, форматов и конфигураций.
При создании фотоприемных систем мы руководствуемся требованиями самого чувствительного к качеству фотометрии метода наблюдений – высокоточной дифференциальной звездной ПЗС‑фотометрии, направленной на обнаружение слабых осцилляций блеска исследуемых звезд в сравнении с хорошо изученными опорными звездами. Эти требования сводятся к тому, что фотометрическая воспроизводимость по ансамблю полученных изображений при исследовании слабых объектов в течение от нескольких часов, или даже ночей, не должна быть хуже 0,002%, что примерно соответствует значению 0,05% для единичной экспозиции.
Универсальность контроллеров DINACON позволяет создавать фотоприемные устройства (ФПУ) на основе фотодетекторов различных типов – ПЗС‑матриц и мозаик на их основе, ПЗС с внутренним умножением заряда (emCCD), КМОП‑детекторов, матричных мультиплексируемых детекторов ИК‑диапазона и др. В частности, созданы системы с матрицами, имеющими утолщенную подложку (200 мкм) и обладающими высокой чувствительностью в красной и ближней ИК областях спектра (CCD261‑84, pnCCD). Впервые в РФ создано мозаичное ФПУ с 16‑ю матрицами CCD44‑82 с размером фотоприемной области 246 × 123 мм.
Совместно с Институтом прикладной физики РАН ведутся разработки вакуумируемых криостатируемых фотоприемных камер с различными способами охлаждения – с использованием жидкого азота, систем охлаждения замкнутого цикла и с термоэлектрическим охлаждением.
Характеристики фотоприемных систем
| Тип матрицы (поколение контроллера DINACON) |
Формат кадра, пиксели |
Максимальная скорость считывания, Кпиксель/с/канал (число каналов) | Шум считывания, e− @ скорость считывания, Кпиксель/с | Макс. скорость потока видео-данных, МБ/с | Время считывания кадра через один канал, с |
|---|---|---|---|---|---|
| CCD30-11 (II) | 1024 × 256 | 400 (1) | 3,5 @ 100 6,5 @ 400 |
0,8 | 0,66 |
| CCD42-40 (I, II, IV) | 2048 × 2052 | 1000 (2) | 1,7 @ 18 2,2 @ 66 |
4,0 | 4,4 |
| CCD42-90 (I, II) | 2048 × 4608 | 1000 (2) | 2,66 @ 100 | 4,0 | 9,6 |
| KAF-16801 (III) | 4096 × 4096 | 4000 (4) | 10,0 @ 4000 | 32,0 | 4,0 |
| CCD97-00 (III) | 512 × 528 | 4000 (1) | < 0,01 @ 4000 | 8,0 | 0,07 |
| CCD203-82-59 (III) | 4096 × 4136 | 1000 (4) | 3,3 @ 50 5,0 @ 200 8,0 @ 1000 |
8,0 | 16,8 |
| CCD203-82-60 (III) | 4096 × 4136 | 1000 (4) | 3,5 @ 50 5,0 @ 200 8,0 @ 1000 |
8,0 | 16,8 |
| KAF-4320 (IV) | 2092 × 2092 | 4000 (4) | 10,0 @ 4000 | 32,0 | 1,2 |
| pnCCD (IV) | 264 × 264 | 3500 (8) | 1,8 @ 400 | 56,0 | 0,003 |
| CCD60-01 (IV) | 128 × 130 | 8250 (1) | < 0,01 @ 8250 | 16,5 | 0,002 |
| CCD42-90 (IV) | 8192 × 9224 (мозаика 4 × 2) |
2000 (16) | 10,0 @ 2000 | 64,0 | 2,4 |
| CCD44-82 (V) | 16384 × 8192 (мозаика 8 × 2) |
1000 (32) | 4,0 @ 65 7,3 @ 1000 |
64,0 | 5,0 |
| CCD42-90 (V) | 2080 × 4628 | 685 (2) | 2,2 @ 115 | 2,7 | 15,0 |
| CCD261-84 (V) | 2080 × 4112 | 335 (2) | 2,3 @ 65 | 3,1 | 22,2 |
| CCD231-84 (V) | 4128 × 4112 | 700 (4) | 2,5 @ 135 | 5,6 | 24,0 |