65、天文仪器与硅基图像传感器：原理、特性与应用

天文仪器与硅基图像传感器：原理、特性与应用

1. 天文仪器基础与抽气时间计算

在天文仪器的构建中，真空系统是许多仪器的重要组成部分。假设管子为圆形，直径为 (D)（单位：(cm)），长度为 (L)（单位：(cm)），压力单位为 (torr)。在恒定净抽气速度 (S) 且无出气的情况下，体积为 (V) 的系统从压力 (P_0) 抽到压力 (P) 所需的抽气时间 (t)（单位：(s)）可以用以下公式计算：
[t = 2.3\frac{V}{S}\ln(\frac{P_0}{P})]

通常，先用机械泵将腔室粗抽到约 (5\times10^{-2}torr)，然后再用扩散泵或涡轮分子泵将其抽到更低的压力。入口处典型的泵速为 (100l/s)。

2. 现代天文仪器开发的要求

开发现代天文仪器需要广泛的基础知识，涵盖基本物理、工程实践和软件等多个领域。设计规格源于科学需求，具体步骤如下：
1. 初步计算 ：进行初始的光学、机械和热学计算。
2. 详细分析 ：接着进行详细的光线追迹和有限元分析。
3. 系统配置 ：许多仪器需要真空低温系统。
4. 电子与软件支持 ：模拟和数字电子设备用于操作仪器和探测器，控制整个系统的软件必须稳定且易于使用。

3. 硅基图像传感器概述

在天文学中，硅基图像传感器是可见光波段的主要探测器类型。主要包括电荷耦合器件（CCD）传感器和 CMOS 硅传感器。

3.1 CCD 传感器