詹姆斯韦伯望远镜（JWST）的图出了， 实在惊艳， 但是国内科技媒体都把重点关注在望远镜镜体、光学、摄影技术上面了， 对红外传感器的文章非常少，我特地上NASA的官网查了一下， 感觉又收获了不少红外技术的知识。

下面是对NASA官网的翻译（个人校正），给大家分享一下。

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图 1：詹姆斯韦伯太空望远镜近红外相机 (NIRCam) 探测器，已移除光学挡片。  通过紫色的碲汞镉薄膜收集红外光。再将其像素化 ，每个像素太小而无法在这里用肉眼看到。  图片来源：亚利桑那大学/美国宇航局

什么是探测器，为什么它们很重要？

图 2：上图 MIRI 探测器（绿色）安装在一个称为焦平面模块的块状单元中。  它有一个 1024x1024 像素的砷掺杂硅阵列。  图片来源：美国国家航空航天局

韦伯的反射镜收集来自宇宙的光并将其引导至科研设备。   对光进行过滤并通过分光镜分光，然后最终将其聚焦到传感器上（图 1-2）。  每个设备都有自己的探测器。   探测器是吸收光子并最终转换为我们测量的电压信号的地方。  韦伯需要极其灵敏的探测器来记录来自遥远星系、恒星和行星的微弱光线。   它需要大面积的探测器阵列（图 3）来有效地观测太空。  韦伯项目制造了比前代产品噪音更低、尺寸更大、寿命更长的阵列，扩展了红外探测器的先进技术。

图 3：该图显示了四个 0.6 - 2.5 μm NIRCam H2RG 传感器安装在焦平面模块中。  四个检测器中的每一个都类似于图 1 中所示单元。该图显示了黑色光学挡板，它允许光线进入四个检测器，同时阻止光子撞击任何可能反射的表面，例如检测器的边缘。   图片来源：亚利桑那大学/美国宇航局

近红外和中红外的不同探测器

Webb 使用两种不同类型的探测器：用于 0.6-5 μm“近红外”的碲汞镉（缩写为 HgCdTe）“H2RG”探测器和用于 5-28 μm“的砷掺硅（缩写为 Si:As）探测器”中红外”。  近红外探测器由加利福尼亚的 Teledyne Imaging Sensors （特利丹公司）制造。  “H2RG”是 Teledyne 产品线的名称。   中红外探测器由同样位于加利福尼亚的 Raytheon Vision Systems （雷神公司）制造。  每个 Webb H2RG 探测器有大约 400 万像素。  中红外探测器每个大约有 100 万个像素。 

HgCdTe 是一种非常有趣的材料。  通过改变汞与镉的比例，可以调整材料以感应更长或更短波长的光。 韦伯通过使用两种碲汞镉组合实现了这一点：一种波长在 0.6 - 2.5 微米范围内，汞比例较低，另一种波长在 0.6 - 5 微米范围内，汞含量较高。  这种技术具有许多优点，包括可以定制每个 NIRCam 检测器，以在需要的特定波长上实现峰值性能。  下图表1显示了每台仪器中每种类型的检测器数量。 

深入

韦伯探测器架构

韦伯的所有探测器都具有相同的基本三明治式架构（图 4）。  三明治由三个部分组成：

(1) 薄半导体吸收层，

(2) 一层铟柱互连，将吸收层中的每个像素连接到读出器，

(3) 硅读出集成电路 (ROIC)，用于读出数百万像素使用可管理数量的输出。 

吸收层和硅ROIC是分开制造的。   这种分离允许对过程的每个部分进行仔细调整以适应所使用的材料。  铟是一种软金属，在中等压力下会变形，从而在探测器层和 ROIC 之间每个像素形成一个冷焊。 为了提高机械强度，检测器供应商在键合的后期阶段在铟键之间流动低粘度环氧树脂。

图 4：詹姆斯韦伯太空望远镜使用红外探测器混合体。  像素化吸收层（HgCdTe 或 Si:As）吸收光并将其转换为单个像素中的电压。   铟柱互连将吸收层中的像素连接到 ROIC。  ROIC 包含读出电路，可将超过 100 万像素的信号裁剪至少量读数，以供进一步处理。   图片来源：Teledyne 成像传感器

韦伯探测器如何工作？

检测过程的第一步在近红外 HgCdTe 探测器和中红外 Si:As 探测器中是相同的。  入射光子被半导体吸收，产生移动电子空穴对。  它们在内置和外加电场的影响下加速移动，直到它们被后续电路收集处理

在复位之前，可以多次读取韦伯探测器中的像素。 这提供了几个好处。  与只进行一次读取相比，可以将多次读取的结果叠加在一起以减少读取噪声。 另一个优点是，通过使用同一像素的多个样本，可以看到信号电平的“跳跃”，这是宇宙射线干扰像素的迹象。 一旦知道宇宙射线干扰了像素，就可以在基于地面的处理中应用校正来恢复受影响的像素。

专业文献

有关红外天文学探测器的一般介绍，请参见 Rieke, GH 2007，“天文学红外探测器阵列” ，天文学和天体物理学年度评论，卷。 45，第 77-115 页      

有关飞行候选 NIRSpec 探测器的科学性能的概述，请参阅 Rauscher、BJ 等人。 2014，“Webb 近红外光谱仪的新型更好探测器” ，太平洋天文学会出版物，第 126 卷，第 739-749 页        

点评：

后面的两篇论文， 点开的网址需要付费下载， 但是善用搜索器， 很快就找到了（白嫖）pdf

这里直接上传上来：

Rieke2007ARAA45p77.pdf 256.00KB PDF 180次下载 预览

看了一下，JWST的传感器是2007年就研制出来的， 1024x1024恐怖的分辨率， 差距10年还有多得

另外搞这玩意Teledyne Imaging Sensors公司现在有2048 x 2048分辨率的传感器了

H2RG Brochure - September 2017.pdf 608.90KB PDF 146次下载 预览

确实

不过考虑韦伯望远镜每一块巨大的铍镜， 各种镀金材料， 传感器可能反而是最不值钱的元件