PCO助力外太空觀測系列（3）：pco.edge 5.5 相機成功用于紅外干涉儀為目的的氣球望遠鏡項目（BETTII）（II）
PCO助力外太空觀測系列（3）：pco.edge 5.5 相機成功用于紅外干涉儀為目的的氣球望遠鏡項目（BETTII）（II）
The Balloon Experimental Twin Telescope for Infrared Interferometry (BETTII):
An Experiment for High Angular Resolution in the Far-Infrared
紅外干涉測量用球載雙望遠鏡實驗（BETTII）：
遠紅外高角度分辨率實驗
S. A. RINEHART, M. RIZZO, D. J. BENFORD, D. J. FIXSEN, T. J. VEACH, A. DHABAL, D. T. LEISAWITZ, L. G. MUNDY, R. F. SILVERBERG, R. K. BARRY, J. G. STAGUHN, R. BARCLAY, J. E. MENTZELL, M. GRIFFIN, P. A. R. ADE, E. PASCALE, G. KLEMENCIC, G. SAVINI, AND R. JUANOLA-PARRAMON
S. A. Rinehart et al 2014 PASP 126 660
https://doi.org/10.1086/677402
摘要翻譯
用于紅外干涉測量的球載雙望遠鏡實驗（BETTII）是一種新型的球載遠紅外干涉儀，旨在提供遠紅外（30–90 μm）的空間分辨光譜。8米基線與雙傅里葉邁克爾遜干涉儀的結合，使識別并提取密集的天文源信息成為可能，同時此設施也為每個源提供低分辨率光譜。在這個波長范圍內，BETTII將提供亞弧秒級的角分辨率，這種能力是其他遠紅外設備無法比擬的。本文概述了BETTII實驗的整個設計，并對預計的飛行性能作了簡要的討論。
圖文節選（1）
圖1：此處顯示了BETTII的總體設計。本文分為三個主要部分，與圖中標示的主要元素相對應：外部光學元件（計量桁架）、儀器和外骨骼/控制系統。
圖文節選（2）
圖2：BETTII桁架于2012年完工；這里的圖片顯示了組裝完成時的桁架。插圖顯示了額外的細節。各管通過不銹鋼節點連接在一起。每個節點的連接都使用一個3/8'' 螺栓，螺栓帶有球形墊圈，以允許桁架彎曲。對于較長的管子，聚乙烯墊圈用于補償有效載荷上升到氣球高度時預期的熱收縮差。
圖文節選（3）
BETTII是一種球載8米基線邁克爾遜恒星干涉儀（圖1），它有兩個橢圓定星鏡，定星鏡在天空中的光束可對應于直徑50厘米的圓形光圈。低溫儀器有兩個波段（30–55和55–90微米） ，在40微米處提供0.5” 的角度分辨率， 光譜分辨率高達R ～ 200. BETTI的質量約為1000公斤；在1182萬立方英尺的氣球上，BETTI可以升至12萬英尺的高度。雖然原則上BETTII可以在白天獲得科學數據，但對于第一次飛行，最好是最大限度地利用漂浮時段內的黑夜時間。假設早上從薩姆納堡發射，總飛行時間將超過16小時。該儀器本身是一個“雙傅里葉”邁克爾遜干涉儀，類似于設想中用于航天的有潛在高性能的干涉儀（如SPIRIT）。雙傅里葉儀器為BETTII提供了兩個關鍵優勢。首先，它同時提供空間和光譜信息。第二，它允許寬場干涉測量。傳統的邁克爾遜干涉儀使用單個探測器；視場（“主光束”）由單個光收集孔的大小決定。通過使用探測器陣列，可以在不同的像元上同時觀察多個相鄰的主光束對應的干涉圖。將空間信息在探測器上進行編碼并作為相對偏移參考，以識別來自不同光源的白光條紋包之間的零路徑差（ZPD）位置。雙傅里葉干涉儀，配備了一個合適的探測器陣列，因此可以同時提供寬廣視野的高空間分辨率和中等光譜分辨率信息。 Star camera是一個內部人員搭建的相機系統，本福德等人（2012年）對star camera進行了描述。此相機系統提供了在R.A.和decl.上的1” RMS指向信息，以及在瞄準鏡周圍全面的40” RMS信息。單個幀曝光時間為100毫秒；天體測量計算主導著指向確定率，每1-2秒確定一次新的指向解。然而，單幀將以最大讀出速率獲得，并將額外的幀用于地面上的飛行后重建指向環節。值得注意的是，這些結果是基于在馬里蘭州綠帶城的地面觀測情況，那里的觀測條件通常是不太好；當相機在更溫和的環境（例如氣球飛行的高空環境）下工作時，我們預期會有更好的結果。Star camera系統由一個采用CMOS探測器陣列的pco.edge相機、一個帶有機械聚焦系統的300毫米商用相機鏡頭、一個擋板管和計算機組成。Star camera安裝在計量桁架上，而用于讀取相機數據和計算指向位置的計算機則安裝在外骨骼架子上。Star camera在3:18 × 2:68°的FOV上收集數據，并使用哥倫比亞大學為EBEX實驗開發的算法（Oxley et al.2004），并且在卡迪夫大學進行了修正，以達到所需的指向精度。Star camera在控制系統中用來校正陀螺儀的偏差和漂移。它還提供“在空間中丟失”狀態的確定指向能力。
pco.edge 5.5 具有新異的科研級CMOS（sCMOS）芯片，能提供清晰的圖像質量和準確的測量結果。為需要超高分辨率、高幀速率、16位動態范圍、高量子效率和多種快門選項的用戶精心設計，并且具有彩色芯片型號。
基本參數： 熱穩定（制冷）0 °C / +5 °C / +7 °C 超低中值讀出噪音1.0 e- 高分辨率2560 x 2160像素 動態范圍30 000 : 1 (CLHS, USB) / 27 000 : 1 (CL) 量子效率可達60 % 快門曝光時間: 500 μs to 2 s（RS） 最高幀速率100 fps 滾動快門或全域快門/全域重置快門 Camera Link 全接口或者USB 3.0 接口 黑白或者彩色芯片 緊湊機身設計: 102 x 79 x 70 mm3 可選項：水制冷系統
【關于PCO】
PCO于1987年誕生于德國，是高端科學級相機和高端工業相機系統的頂級技術和產品提供商，在高靈敏、超低讀出噪聲、高幀速率、相機制冷、廣泛的可選曝光時間范圍、紫外（UV）到近紅外（NIR）感光以及超高動態范圍等諸多成像相關之方向，具有獨特的核心技術優勢。其產品包含最新的高靈敏高性能的sCMOS相機、高畫質高速攝像機、增強型sCMOS相機、Two-Tap CMOS頻域FLIM相機等。
德國PCO相機和技術可廣泛應用于可見光、紫外光、近紅外光、熒光、弱光和單光子級信號的成像和定量分析，以及時間分辨、熒光壽命分析、高速和超高速成像等。其適用范圍涵蓋物理科學、生命科學、工程、國防、工業以及光電科學、天文學等諸多領域。
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