一种快速、高灵敏光谱测量方法及其在天文探测中的应用研究

LAMOST采用CCD探测器来获取光谱数据。然而，CCD探测器只能靠降低暗电流、降低工作温度以及延长曝光时间来获取暗弱星体的光谱数据，这种方式牺牲了响应速度，对于遥远快变星体的探测不利。本项目提出采用硅光电倍增器阵列替代CCD，研究一种高灵敏、快速光谱测量方法。与传统光电倍增管比较，硅光电倍增器的响应速度与其相当，但探测效率更高、单光子分辨本领更优、光谱响应范围更宽；与CCD比较，硅光电倍增器阵列在体积小、易于集成、可靠性高、成本低等方面与其相当，但在灵敏度（例如单光子探测）、增益、响应速度等方面性能更优越，并且只需半导体致冷器致冷，抗环境噪声干扰能力更强，使用更方便。预期研究成果除了研制出1台快速、高灵敏光谱仪原理性样机外，还将研究探索提升和扩展LAMOST性能的可能性,为LAMOST将来的升级改造提供新的思路。

目前在天文光谱探测中一般采用光谱仪和CCD探测器来获取光谱数据。但一般CCD没有内部增益，读出噪声较高,只能通过降低温度来降低暗电流以及延长曝光时间来获取暗弱星体的光谱数据，这种方式牺牲了响应速度，对于暗弱快变星体的探测不利。本项目研究了采用新一代高灵敏探测器--硅光电倍增器（SiPM）替代CCD，研究一种高灵敏、快速光谱测量方法。其优点是灵敏度高、增益高，同时响应速度快。研究结果表明，SiPM能够与光栅单色仪结合进行光谱测量，具有单光子分辨探测灵敏度，大约6纳秒的恢复时间以及400皮秒的时间分辨率。本项目还研制出了1台光谱仪原理性样机验证了SiPM用于快变、微弱光谱信号探测的可行性。