中山大学实验室研究|Ninox 640 SU短波红外相机在天文观测中的潜力如何?

在近期闭幕的日本横滨天文望远镜及天文观测仪器大会上,来自中山大学的马斌副教授和博士生董仲南对Raptor Photonics公司的Ninox 640 SU短波红外相机在实验室进行了深度分析。该研究涵盖了本底噪声、暗电流效应、非线性特性以及坏像素等多个方面,目的是为了评估InGaAs相机在红外时域观测方面的应用潜力。

图1:会议相关海报
本底 | 读出噪声

采用分别差值法和中值法对相机的读出噪声进行了测试:

1.差值法相邻图像的差值图像3σ剔除后求标准差,得到的读出噪声为30.5ADU(55e-
2.中值法:51幅图像每个像素3σ剔除后的标准差求中值,得到的读出噪声为34.9ADU(63e-

 
图2:-84℃低增益10ms曝光图像。左图:相邻两幅图像相减得到的差值图像;存在额外噪声(其它像素0 vs 白点~300ADU),可能与读出电路有关;右图:对每个像素在51幅图像中的计数值求3σ剪裁后的标准差;噪声在图样上的分布更均匀。
额外的噪声并非所有时刻都均匀的出现在每个像素上,但随着积分时间的积累,它表现为均匀的出现在每个像素。实测值好于标称值(90e-
暗电流
图3左图:5s叠加暗电流图样。右图:计数与时间。增长率在短时间和长时间之间的变化。

图4:暗电流与温度。

 

在高增益和长曝光时,暗电流较低。

 

非线性 | 不同光强下的线性度

图5:强光源/短曝光

图6:弱光源/长曝光

使用不同强度的固定光源(灯光)测试相机的非线性。短曝光和长曝光的非线性,整体均小于1%,高计数值区间均小于0.2%,无明显差异。像素的高线性度区间为1.5-4.5w ADU。实测值好于标称值(<1%)。

坏像素 | 暗电流+平场

坏像素:

1、最外围行和列的2300个像素被设计为不感光,实际工作的像素为638x510

2、从暗流剔除坏像素:以实测的-84度低增益5s纯暗流为参考,考虑到部分像素暗流异常但对光响应线性,只剔除其中计数值大于3w的8个像素
3、从平场剔除坏像素:以14e-/ms强度光照下,以每个像素在1.5w-3.5w区间内的斜率为参考,考虑到每个像素随光子数的增长特点,剔除斜率小于1.5ADU/ms(2.7e-/ms)和大于10ADU/ms(18e-/ms)的94个像素
图7: 每个像素在1.5w-3.5w区间内的斜率分布

暗流和平场剔除的像素中有6个相同,因此坏像素总数为96个,占比0.3%。实测值好于标称值(<1%)。

 

综上研究来看,Raptor Photonics的Ninox 640 SU短波红外相机在实验室的深度分析下,实测值基本好于标称值,在红外时域观测方面的应用具有巨大潜力。

 
 
深度制冷短波红外相机
 
 
 

Ninox 640 SU 深度制冷红外相机

 
 
产品特性:
  • InGaAs芯片,响应波长0.9-1.7um
     
  • PentaVacTM真空技术,全金属密封
     
  • 制冷温度-80℃,暗电流<300e-/p/s
  • 曝光时间可达5分钟
     
  • 实时图像NUC矫正,无需载入校准文件
     
  • CameraLink接口,易于系统集成和开发

 

典型应用:

近红外二区活体荧光成像、显微荧光成像、天文观测、太阳能电池检测、半导体检测、高光谱成像等