First results for second generation SiSeRO CCD devices
यह शोध पत्र दूसरी पीढ़ी के सिंगल इलेक्ट्रॉन सेंसिटिव रीड आउट (SiSeRO) CCDs के प्रारंभिक परिणाम प्रस्तुत करता है और एक ऐसे टेस्ट बेड का वर्णन करता है जिसमें भविष्य के एक्स-रे से लेकर नियर-आईआर खगोलीय वेधशालाओं के लिए इन अगली पीढ़ी के, सब-इलेक्ट्रॉन शोर वाले डिटेक्टरों को समर्थन देने के लिए डिज़ाइन किया गया मल्टी-चैनल रीडआउट चिप (MCRC) ASIC शामिल है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप एक कमरे में भरे हुए शोरगुल वाले जनसमूह के बीच एक अकेली, नन्ही सी फुसफुसाहट सुनने की कोशिश कर रहे हैं। खगोल विज्ञान की दुनिया में, वह फुसफुसाहट एक दूर स्थित ब्लैक होल या मरते हुए तारे से आने वाला एक धुंधला एक्स-रे फोटॉन है, और वह शोरगुल वाला जनसमूह उस कैमरे के अंदर का इलेक्ट्रॉनिक "शोर" (noise) है जो तस्वीर लेता है। दशकों से, वैज्ञानिक इन ब्रह्मांडीय फुसफुसाहटों को पकड़ने के लिए बेहतर कैमरे बनाने का प्रयास कर रहे हैं, लेकिन वे एक दीवार से टकरा गए: सबसे धुंधली चीजों को देखने के लिए, उन्हें ऐसे कैमरों की आवश्यकता थी जो अविश्वसनीय रूप से तेज़ हों (प्रकाश की त्वरित चमक को पकड़ने के लिए) और अविश्वसनीय रूप से शांत हों (ताकि कैमरे की अपनी गूँज सिग्नल को दबा न दे)। यहाँ प्रवेश होता है SiSeRO नामक एक नए प्रकार के कैमरा सेंसर का। एक पारंपरिक कैमरा सेंसर को पानी की बाल्टी ले जाने वाली एक 'बकेट ब्रिगेड' (bucket brigade) की तरह समझें; यदि आप बाल्टी को बहुत तेज़ी से आगे बढ़ाते हैं, तो आप कुछ पानी गिरा देते हैं (शोर), और यदि आप पानी के स्तर की जाँच करने के लिए रुकते हैं, तो आप बाल्टी गिरा सकते हैं। SiSeRO अलग है; यह एक जादुई बाल्टी की तरह है जो आपको बिना एक भी बूंद गिराए पानी को मापने के लिए उसके अंदर झाँकने देती है। आप जितनी बार चाहें उतनी बार झाँक सकते हैं, और उन सभी झाँकने की क्रियाओं का औसत निकालकर, बैकग्राउंड शोर गायब हो जाता है, जिससे ब्रह्मांडीय फुसफुसाहट का स्पष्ट और सटीक सिग्नल प्राप्त होता है। यह तकनीक अगली पीढ़ी के अंतरिक्ष टेलीस्कोप के लिए कुंजी है, जिन्हें ब्रह्मांड को पहले से कहीं अधिक स्पष्ट विवरण के साथ देखने की आवश्यकता है।
अब, आइए इन जादुई बाल्टियों को बनाने वाली टीम के नवीनतम अपडेट को देखें। स्टैनफोर्ड, MIT लिंकन लैबोरेटरी और MIT कावली संस्थान के शोधकर्ताओं ने अभी-अभी अपने SiSeRO सेंसरों का "दूसरी पीढ़ी" का संस्करण पेश किया है, जिसे वे CCID93++ कहते हैं। यदि पहला संस्करण एक प्रोटोटाइप था जिसने यह साबित किया कि विचार काम करता है, तो यह नया डिवाइस परिवार एक भारी-भरत कार्यबल (heavy-duty workhorse) है जिसे भविष्य के अंतरिक्ष मिशनों की भारी मांगों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
टीम ने केवल एक नया सेंसर नहीं बनाया; उन्होंने इन सेंसरों को और भी बेहतर बनाने के विभिन्न तरीकों का परीक्षण करने के लिए एक पूरा टूलकिट बनाया। सबसे पहले, उन्होंने CCID93++B बनाया, जो एक के बजाय 16 छोटे कैमरों के एक साथ काम करने जैसा है। एक पारंपरिक सेटअप में, एक सेंसर एक समय में पिक्सेल की एक पंक्ति पढ़ता है, जैसे एक किताब को एक बार में एक शब्द करके पढ़ना। यह नया डिवाइस एक साथ 16 पंक्तियों को पढ़ता है, जिससे यह 16 गुना तेज़ हो जाता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उन्हें सबसे अच्छा डिज़ाइन मिल जाए, उन्होंने इन 16 लेन को चार अलग-अलग समूहों में विभाजित किया, जिनमें से प्रत्येक का "इंजन" थोड़ा अलग है (जैसे आंतरिक गेट को हिलाना या प्रतिरोध बदलना)। यह एक ही रेस कार में चार अलग-अलग कार इंजनों का परीक्षण करने जैसा है ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा सबसे अच्छा माइलेज देता है।
दूसकी, उन्होंने CCID93++C बनाया, जो एक अलग दृष्टिकोण अपनाता है। अगल-बगल चलने के बजाय, ये 16 सेंसर एक के बाद एक, एक ही कतार में खड़े हैं। कल्पना कीजिए कि 16 दोस्तों की एक लाइन में एक गुप्त नोट पास किया जा रहा है। प्रत्येक मित्र नोट को पढ़ता है, उसने क्या सुना उसे लिखता है, और बिना नोट को बदले अगले व्यक्ति को पास कर देता है। क्योंकि 16 दोस्तों ने एक ही नोट पढ़ा है, इसलिए अंतिम संदेश एक व्यक्ति द्वारा पढ़े गए संदेश की तुलना में बहुत अधिक स्पष्ट और शांत होता है। इस डिज़ाइन का लक्ष्य शोर को 4 के कारक से कम करना है, जिससे "फुसफुसाहट" को सुनना और भी आसान हो जाता है।
अंत में, टीम ने एक 3x3 पिक्सेल मैट्रिक्स बनाकर भविष्य की ओर एक छोटा कदम बढ़ाया, जो एक "एक्टिव पिक्सेल सेंसर" का बिल्कुल पहला प्रोटोटाइप है। यह एक व्यक्तिगत कैमरों के ग्रिड बनाने जैसा है जहाँ प्रत्येक पिक्सेल का अपना मस्तिष्क होता है। यह डिज़ाइन विशेष है क्योंकि इसे सिग्नल को एक लंबी लाइन में पास करने की आवश्यकता नहीं होती है, जो इसे अंतरिक्ष में विकिरण (radiation) के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनाता है और आकाश में तेजी से बदलने वाली चीजों की सुपर-फास्ट फिल्में लेने के लिए एकदम सही बनाता है।
इन सभी नए गैजेट्स का परीक्षण करने के लिए, टीम ने एक कस्टम "प्लेग्राउंड" बनाया जिसे टेस्टबेड कहा जाता है। उन्होंने सभी 16 लेन के संकेतों को पढ़ने के लिए MCRC (मल्टी-चैनल रीडआउट चिप) नामक एक विशेष चिप का उपयोग किया, जो 16 अलग-अलग, भारी तारों के उपयोग की तुलना में बहुत अधिक कुशल है। उन्होंने सेंसरों को थर्मल शोर से थरथराने से रोकने के लिए उन्हें -105°C (168 केल्विन) के बर्फीले तापमान तक ठंडा किया, और प्रदर्शन देखने के लिए उन्हें एक्स-रे से ज़ैप किया।
तो, उन्हें क्या मिला? परिणाम उत्साहजनक हैं लेकिन अभी भी "ट्यूनिंग" चरण में हैं। उन्होंने पाया कि नए पैरेलल सेंसर में 16 में से 15 एम्पलीफायर सही ढंग से काम कर रहे थे, और संकेतों पर ठीक उसी तरह प्रतिक्रिया दे रहे थे जैसे उन्हें देनी चाहिए। एक एम्पलीफायर जिद्दी था और प्रतिक्रिया नहीं दे रहा था, जिसकी जांच टीम वर्तमान में कर रही है। जब उन्होंने यह मापने के लिए कि सेंसर चार्ज को सिग्नल में कितनी अच्छी तरह परिवर्तित करते हैं (एक गुण जिसे 'ट्रांसकंडक्टेंस' कहा जाता है), तो उन्हें औसतन 18.42 माइक्रोसीमियन्स मिला, जिसमें सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाला डिज़ाइन (कम प्रतिरोध वाला डिज़ाइन) 21.32 माइक्रोसीमियन्स तक पहुँचा।
यह पेपर यह दावा नहीं करता कि ये सेंसर अभी पूर्ण हैं। वास्तव में, उन्होंने विद्युत संकेतों में कुछ "लीकेज" देखा, जो संभवतः इस बात के कारण है कि गेट्स को कैसे बायस (bias) किया गया है, जिससे थोड़ा अतिरिक्त करंट जुड़ रहा है। वे इस लीकेज को ठीक करने के लिए सही वोल्टेज सेटिंग्स खोजने के लिए वर्तमान में परीक्षण चला रहे हैं। हालाँकि, तथ्य यह है कि वे 16 चैनलों को समानांतर में पढ़ सकते हैं और नया "नोट-पासिंग" डिज़ाइन काम करता है, यह एक बड़ी उपलब्धि है। उन्होंने सिद्ध कर दिया है कि इन दूसरी पीढ़ी के उपकरणों को बनाया और पढ़ा जा सकता है, और अब वे इन्हें जितना संभव हो उतना शांत और तेज़ बनाने के लिए बारीकियों को ठीक कर रहे हैं। यह अभी भी अगले अंतरिक्ष टेलीस्कोप के लिए तैयार उत्पाद नहीं है, लेकिन यह इस तकनीक का अब तक का सबसे उन्नत, पूरी तरह से कार्यात्मक संस्करण है, जो उन अति-संवेदनशील आँखों के लिए मार्ग प्रशस्त कर रहा है जो जल्द ही ब्रह्मांड का अवलोकन करेंगी।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।