유년기 우주 연구를 위한 초전도 감지기

Image Credit:  NASA/JPL-Caltech

남극의 BICEP2 망원경은 NASA의 제트추진연구소에서 개발한 기발한 기술을 활용하고 있다.

 

사진의 초점면은  빅뱅으로부터 남겨진 복사인 우주배경복사로부터 발생한 편광을 모으는 기능과 이를 걸러내는 기능, 이를 감지하고 증폭시키는 기능을 가진 초전도체를 활용한 디바이스의 배열을 보여주고 있다.
초점면 상의 512픽셀중 하나를 확대해서 보는 현미경이 앞쪽으로 보인다.

 

각각의 픽셀은 편광된 밀리미터 파장의 복사를 수집하는 안테나로부터 만들어진 것으로 안테나에 장착된 필터는 이를 감지하기위한 파장을 선택하게 된다.
이 고감도 감지기는 대단히 얇은 막으로 조립된 것으로 마이크로-머시닝(micro-machining) 이라는 과정을 통해 만들어진 것이다.

 

초점면상의 안테나와 필터는 초전도 물질로 만들어졌다.

 

뒷편에 확대 영상으로 보이는 안테나는 초록색의 곡선을 그리고 있다.

 

감지기는 안테나에 의해 수집되고 감지기에 의해 분산된 마이크로파 복사로부터 발생한 열을 감지하기 위한 극도의 민감 온도계로서 초전도 필름을 사용하고 있다. 이 감지기가 배경의 확대 영상기에 분홍색 네모로 보이고 있다.

 

마지막으로 감지기로부터 잡아낸 미미한 전류는 초점면상에 SQUIDs라 불리는 증폭기에 의해 측정된다.
초전도 양자 간섭계(Superconducting QUantum Interference Devices)의 약자인 이 장비는 미국 표준 기술 연구소에 의해 개발된 것이다.

 

이 증폭기는 원형의 초점면상에 있는 직사각형 칩이다.

 

초점면은 광학적 인쇄 기술을 이용하여 제작되었으며, 이는 컴퓨터의 집적회로를 생산하는 데 사용되는 기술과 유사한 기술이다.

 

출처 : NASA 제트추진연구소(JPL, Jet Propulsion Laboratory) Photo Journal
         http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17993
        
참고 : 우주배경복사 등 우주론 관련 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.        
           https://big-crunch.tistory.com/12346979

 

원문>

PIA17993: Superconducting Detectors for Study of Infant Universe

Original Caption Released with Image:

The BICEP2 telescope at the South Pole uses novel technology developed at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif. The focal plane shown here is an array of devices that use superconductivity to gather, filter, detect, and amplify polarized light from the cosmic microwave background -- relic radiation left over from the Big Bang that created our universe.

The microscope is showing a close-up view of one of the 512 pixels on the focal plane, displayed on the screen in the background.

Each pixel is made from a printed antenna that collects polarized millimeter-wavelength radiation, with a filter that selects the wavelengths to be detected. A sensitive detector is fabricated on a thin membrane created through a process called micro-machining.

The antennas and filters on the focal plane are made from superconducting materials. An antenna is seen on the close-up shot in the background with the green meandering lines.

The detector uses a superconducting film as a sensitive thermometer to detect the heat from millimeter-wave radiation that was collected by the antenna and dissipated at the detector. A detector is seen on the close-up shot in the background to the right of the pink square.

Finally, a tiny electrical current from the sensor is measured with amplifiers on the focal plane called SQUIDs (Superconducting QUantum Interference Devices), developed at National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colo. The amplifiers are the rectangular chips on the round focal plane.

The focal planes are manufactured using optical lithography techniques, similar to those used in the industrial production of integrated circuits for computers.

Image Credit: NASA/JPL-Caltech
Image Addition Date: 2014-03-17