可視光検出用超伝導転移端センサアレイによる微弱光バイオイメージングへの挑戦

使用超导过渡边缘传感器阵列进行可见光检测的弱光生物成像的挑战

• 批准号: 19J14452
• 负责人: 中田 直樹
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14452/
• 关键词: イクロ波SQUIDマルチプレクサ; 超伝導転移端センサ; 単一光子分光イメージング; 可視光用超伝導転移端センサ; マイクロ波SQUIDマルチプレクサ; リアルタイム信号処理; FPGA; システム構築

昨年度、マイクロ波SQUIDマルチプレクサ（Microwave-SQUID multiplexer: MW-Mux）を用いた単素子の超伝導転移端センサ（Transition Edge Sensor: TES）からの信号読出しに成功したため、今年度は4素子同時読出し試験を行った。この研究成果では、複数素子の可視光用TESから信号を多重化して読み出すことに世界で初めて成功した。可視光用TESはγ線やX線を測定対象とするTESよりも100倍以上速く応答するため、既存の信号多重化方法では多重化が不可能だと考えられていた。しかしながら、昨年度の単素子読出し時に発見した、従来のMW-Muxでは必須であったFlux-Ramp Modulationを用いない手法を複数素子読出しにも同様に適用することで、同時に3素子の可視光用TESから信号を読み出すことに成功した（図１）。また信号が得られた3素子の内、2素子については光子数識別が可能であり、クロストークも発生していないことが確認できた（図2）。このことからMW-Muxによる光TESの信号多重化読み出しを達成したと言える。一方で光子数スペクトルが得られなかった素子について、MW-Muxの原理的に発生する4種類のクロストークの考察を行ったところ、いずれの要素においても問題が無いことが判明した。従って、この素子が測定できなかった原因についてはMW-Mux以外のところにあり、今後さらなる多素子化を進めるためにはその原因について究明が必要であると言える。なお、本研究成果についてはApplied Superconductivity Conference 2020及び、第81回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行った。

Last year, the Microwave-SQUID multiplexer (MW-Mux) was used to detect the Transition Edge Sensor (TES) signal. This year, the 4-element simultaneous detection was performed. The results of this research are the first success in multiplexing TES signals for visible light of multiple elements. For visible light, gamma rays and X-rays are used to measure the image. TES is faster than 100 times. It is impossible to multiplex existing signal multiplexing methods. In the past, the number of pixels has been increased, and the number of pixels has been increased. In the past, the number of pixels has been increased, and the number of pixels has been increased. The number of photons identified by the signal is 3 and 2, respectively. The number of photons identified by the signal is 2 and 3. The signal multiplexing of the optical TES is realized. The number of photons in one direction has been determined by the principle of MW-Mux. The four types of photons have been investigated. The reason for the determination of the number of elements is that the number of elements in the future is increasing. The reason for the determination of the number of elements is that the number of elements in the future is increasing. The results of this research were presented at the Applied Superconductivity Conference 2020 and the 81st Autumn Lecture of the Society for Applied Physics.

项目成果

可視光用超伝導転移端センサアレイの読出しに向けたマイクロ波SQUIDマルチプレクサの評価

用于读出可见光超导跃迁边缘传感器阵列的微波 SQUID 多路复用器的评估

• 发表时间: 2019
• 作者: N. Nakada;K. Hattori;Y. Nakashima;F. Hirayama;R. Yamamoto;T. Konno;S. Takasu;H. Yamamori;S. Kohjiro;A. Sato;H. Takahashi;D. Fukuda;中田直樹;Naoki Nakada;中田直樹
• 通讯作者: 中田直樹

マイクロ波SQUIDマルチプレクサを用いた可視光用超伝導転移端センサの読出し評価(3)

使用微波 SQUID 多路复用器对可见光超导跃迁边缘传感器进行读出评估 (3)

• 发表时间: 2020
• 作者: 中田 直樹，服部 香里;中島 裕貴;平山 文紀;山森 弘毅，神代 暁，高橋 浩之，福田 大治
• 通讯作者: 山森 弘毅，神代 暁，高橋 浩之，福田 大治

バイオイメージングに向けた可視光用超伝導転移端センサの読出し系の開発

生物成像可见光超导跃迁边缘传感器读出系统的开发

• 发表时间: 2020
• 作者: Nakada N. et al.;中田 直樹，服部 香里，高橋 浩之，福田 大治
• 通讯作者: 中田 直樹，服部 香里，高橋 浩之，福田 大治

Microwave SQUID Multiplexer for Readout of Optical Transition Edge Sensor Array

用于读出光跃迁边缘传感器阵列的微波 SQUID 多路复用器

• DOI: 10.1007/s10909-019-02298-0
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics
• 影响因子: 2
• 作者: Nakada N. et al.

Readout of optical TES array with Microwave SQUID multiplexer

使用微波 SQUID 多路复用器读取光学 TES 阵列

• 发表时间: 2020
• 作者: N. Nakada;K. Hattori;Y. Nakashima;F. Hirayama;R. Yamamoto;T. Konno;S. Takasu;H. Yamamori;S. Kohjiro;A. Sato;H. Takahashi;D. Fukuda
• 通讯作者: D. Fukuda