Optical Characterization of OMT-Coupled TES Bolometers for LiteBIRD

Hubmayr, J.; Ade, P.A.R.; Adler, A.; Allys, E.; Alonso, D.; Arnold, K.; Auguste, D.; Aumont, J.; Aurlien, R.; Austermann, J.E.; Azzoni, S.; Baccigalupi, C.; Banday, A.J.; Banerji, R.; Barreiro, R.B.; Bartolo, N.; Basak, S.; Battistelli, E.; Bautista, L.; Beall, J.A.; Beck, D.; Beckman, S.; Benabed, K.; Bermejo-Ballesteros, J.; Bersanelli, M.; Bonis, J.; Borrill, J.; Bouchet, F.; Boulanger, F.; Bounissou, S.; Brilenkov, M.; Brown, M.L.; Bucher, M.; Calabrese, E.; Calvo, M.; Campeti, P.; Carones, A.; Casas, F.J.; Catalano, A.; Challinor, A.; Chan, V.; Cheung, K.; Chinone, Y.; Chiocchetta, C.; Clark, S.E.; Clermont, L.; Clesse, S.; Cliche, J.; Columbro, F.; Connors, J.A.; Coppolecchia, A.; Coulton, W.; Cubas, J.; Cukierman, A.; Curtis, D.; Cuttaia, F.; D’Alessandro, G.; Dachlythra, K.; de Bernardis, P.; de Haan, T.; de la Hoz, E.; De Petris, M.; Della Torre, S.; Daz Garca, J.J.; Dickinson, C.; Diego-Palazuelos, P.; Dobbs, M.; Dotani, T.; Douillet, D.; Doumayrou, E.; Duband, L.; Ducout, A.; Duff, S.M.; Duval, J.M.; Ebisawa, K.; Elleflot, T.; Eriksen, H.K.; Errard, J.; Essinger-Hileman, T.; Farrens, S.; Finelli, F.; Flauger, R.; Fleury-Frenette, K.; Franceschet, C.; Fuskeland, U.; Galli, L.; Galli, S.; Galloway, M.; Ganga, K.; Gao, J.R.; Genova-Santos, R.T.; Georges, M.; Gerbino, M.; Gervasi, M.; Ghigna, T.; Giardiello, S.; Gjerlw, E.; Gonzles, R.G.; Gradziel, M.L.; Grain, J.; Grandsire, L.; Grupp, F.; Gruppuso, A.; Gudmundsson, J.E.; Halverson, N.W.; Hamilton, J.; Hargrave, P.; Hasebe, T.; Hasegawa, M.; Hattori, M.; Hazumi, M.; Henrot-Versill, S.; Hensley, B.; Herman, D.; Herranz, D.; Hilton, G.C.; Hivon, E.; Hlozek, R.A.; Hoang, D.; Hornsby, A.L.; Hoshino, Y.; Ichiki, K.; Iida, T.; Ikemoto, T.; Imada, H.; Ishimura, K.; Ishino, H.; Jaehnig, G.; Jones, M.; Kaga, T.; Kashima, S.; Katayama, N.; Kato, A.; Kawasaki, T.; Keskitalo, R.; Kintziger, C.; Kisner, T.; Kobayashi, Y.; Kogiso, N.; Kogut, A.; Kohri, K.; Komatsu, E.; Komatsu, K.; Konishi, K.; Krachmalnicoff, N.; Kreykenbohm, I.; Kuo, C.L.; Kushino, A.; Lamagna, L.; Lanen, J.V.; Laquaniello, G.; Lattanzi, M.; Lee, A.T.; Leloup, C.; Levrier, F.; Linder, E.; Link, M.J.; Lonappan, A.I.; Louis, T.; Luzzi, G.; Macias-Perez, J.; Maciaszek, T.; Maffei, B.; Maino, D.; Maki, M.; Mandelli, S.; Maris, M.; Marquet, B.; Martnez-Gonzlez, E.; Martire, F.A.; Masi, S.; Massa, M.; Masuzawa, M.; Matarrese, S.; Matsuda, F.T.; Matsumura, T.; Mele, L.; Mennella, A.; Migliaccio, M.; Minami, Y.; Mitsuda, K.; Moggi, A.; Monelli, M.; Monfardini, A.; Montgomery, J.; Montier, L.; Morgante, G.; Mot, B.; Murata, Y.; Murphy, J.A.; Nagai, M.; Nagano, Y.; Nagasaki, T.; Nagata, R.; Nakamura, S.; Nakano, R.; Namikawa, T.; Nati, F.; Natoli, P.; Nerval, S.; Neto Godry Farias, N.; Nishibori, T.; Nishino, H.; Noviello, F.; O’Neil, G.C.; O’Sullivan, C.; Odagiri, K.; Ochi, H.; Ogawa, H.; Ogawa, H.; Oguri, S.; Ohsaki, H.; Ohta, I.S.; Okada, N.; Pagano, L.; Paiella, A.; Paoletti, D.; Pascual Cisneros, G.; Passerini, A.; Patanchon, G.; Pelgrim, V.; Peloton, J.; Pettorino, V.; Piacentini, F.; Piat, M.; Piccirilli, G.; Pinsard, F.; Pisano, G.; Plesseria, J.; Polenta, G.; Poletti, D.; Prouv, T.; Puglisi, G.; Rambaud, D.; Raum, C.; Realini, S.; Reinecke, M.; Reintsema, C.D.; Remazeilles, M.; Ritacco, A.; Rosier, P.; Roudil, G.; Rubino-Martin, J.; Russell, M.; Sakurai, H.; Sakurai, Y.; Sandri, M.; Sasaki, M.; Savini, G.; Scott, D.; Seibert, J.; Sekimoto, Y.; Sherwin, B.; Shinozaki, K.; Shiraishi, M.; Shirron, P.; Shitvov, A.; Signorelli, G.; Smecher, G.; Spinella, F.; Starck, J.; Stever, S.; Stompor, R.; Sudiwala, R.; Sugiyama, S.; Sullivan, R.; Suzuki, A.; Suzuki, J.; Suzuki, T.; Svalheim, T.L.; Switzer, E.; Takaku, R.; Takakura, H.; Takakura, S.; Takase, Y.; Takeda, Y.; Tartari, A.; Tavagnacco, D.; Taylor, A.; Taylor, E.; Terao, Y.; Terenzi, L.; Thermeau, J.; Thommesen, H.; Thompson, K.L.; Thorne, B.; Toda, T.; Tomasi, M.; Tominaga, M.; Trappe, N.; Tristram, M.; Tsuji, M.; Tsujimoto, M.; Tucker, C.; Ueki, R.; Ullom, J.N.; Umemori, K.; Vacher, L.; Van Lanen, J.; Vermeulen, G.; Vielva, P.; Villa, F.; Vissers, M.R.; Vittorio, N.; Wandelt, B.; Wang, W.; Wehus, I.K.; Weller, J.; Westbrook, B.; Weymann-Despres, G.; Wilms, J.; Winter, B.; Wollack, E.J.; Yamasaki, N.Y.; Yoshida, T.; Yumoto, J.; Watanuki, K.; Zacchei, A.; Zannoni, M.; Zonca, A.

doi:10.1007/s10909-022-02808-7

Feedhorn- and orthomode transducer- (OMT) coupled transition edge sensor (TES) bolometers have been designed and micro-fabricated to meet the optical specifications of the LiteBIRD high frequency telescope (HFT) focal plane. We discuss the design and optical characterization of two LiteBIRD HFT detector types: dual-polarization, dual-frequency-band pixels with 195/280 GHz and 235/337 GHz band centers. Results show well-matched passbands between orthogonal polarization channels and frequency centers within 3% of the design values. The optical efficiency of each frequency channel is conservatively reported to be within the range 0.64-0.72, determined from the response to a cryogenic, temperature-controlled thermal source. These values are in good agreement with expectations and either exceed or are within 10% of the values used in the LiteBIRD sensitivity forecast. Lastly, we report a measurement of loss in Nb/SiN x/Nb microstrip at 100 mK and over the frequency range 200-350 GHz, which is comparable to values previously reported in the literature.

Optical Characterization of OMT-Coupled TES Bolometers for LiteBIRD / J. Hubmayr, P.A.R. Ade, A. Adler, E. Allys, D. Alonso, K. Arnold, D. Auguste, J. Aumont, R. Aurlien, J.E. Austermann, S. Azzoni, C. Baccigalupi, A.J. Banday, R. Banerji, R.B. Barreiro, N. Bartolo, S. Basak, E. Battistelli, L. Bautista, J.A. Beall, D. Beck, S. Beckman, K. Benabed, J. Bermejo-Ballesteros, M. Bersanelli, J. Bonis, J. Borrill, F. Bouchet, F. Boulanger, S. Bounissou, M. Brilenkov, M.L. Brown, M. Bucher, E. Calabrese, M. Calvo, P. Campeti, A. Carones, F.J. Casas, A. Catalano, A. Challinor, V. Chan, K. Cheung, Y. Chinone, C. Chiocchetta, S.E. Clark, L. Clermont, S. Clesse, J. Cliche, F. Columbro, J.A. Connors, A. Coppolecchia, W. Coulton, J. Cubas, A. Cukierman, D. Curtis, F. Cuttaia, G. D’Alessandro, K. Dachlythra, P. de Bernardis, T. de Haan, E. de la Hoz, M. De Petris, S. Della Torre, J.J. Daz Garca, C. Dickinson, P. Diego-Palazuelos, M. Dobbs, T. Dotani, D. Douillet, E. Doumayrou, L. Duband, A. Ducout, S.M. Duff, J.M. Duval, K. Ebisawa, T. Elleflot, H.K. Eriksen, J. Errard, T. Essinger-Hileman, S. Farrens, F. Finelli, R. Flauger, K. Fleury-Frenette, C. Franceschet, U. Fuskeland, L. Galli, S. Galli, M. Galloway, K. Ganga, J.R. Gao, R.T. Genova-Santos, M. Georges, M. Gerbino, M. Gervasi, T. Ghigna, S. Giardiello, E. Gjerlw, R.G. Gonzles, M.L. Gradziel, J. Grain, L. Grandsire, F. Grupp, A. Gruppuso, J.E. Gudmundsson, N.W. Halverson, J. Hamilton, P. Hargrave, T. Hasebe, M. Hasegawa, M. Hattori, M. Hazumi, S. Henrot-Versill, B. Hensley, D. Herman, D. Herranz, G.C. Hilton, E. Hivon, R.A. Hlozek, D. Hoang, A.L. Hornsby, Y. Hoshino, K. Ichiki, T. Iida, T. Ikemoto, H. Imada, K. Ishimura, H. Ishino, G. Jaehnig, M. Jones, T. Kaga, S. Kashima, N. Katayama, A. Kato, T. Kawasaki, R. Keskitalo, C. Kintziger, T. Kisner, Y. Kobayashi, N. Kogiso, A. Kogut, K. Kohri, E. Komatsu, K. Komatsu, K. Konishi, N. Krachmalnicoff, I. Kreykenbohm, C.L. Kuo, A. Kushino, L. Lamagna, J.V. Lanen, G. Laquaniello, M. Lattanzi, A.T. Lee, C. Leloup, F. Levrier, E. Linder, M.J. Link, A.I. Lonappan, T. Louis, G. Luzzi, J. Macias-Perez, T. Maciaszek, B. Maffei, D. Maino, M. Maki, S. Mandelli, M. Maris, B. Marquet, E. Martnez-Gonzlez, F.A. Martire, S. Masi, M. Massa, M. Masuzawa, S. Matarrese, F.T. Matsuda, T. Matsumura, L. Mele, A. Mennella, M. Migliaccio, Y. Minami, K. Mitsuda, A. Moggi, M. Monelli, A. Monfardini, J. Montgomery, L. Montier, G. Morgante, B. Mot, Y. Murata, J.A. Murphy, M. Nagai, Y. Nagano, T. Nagasaki, R. Nagata, S. Nakamura, R. Nakano, T. Namikawa, F. Nati, P. Natoli, S. Nerval, N. Neto Godry Farias, T. Nishibori, H. Nishino, F. Noviello, G.C. O’Neil, C. O’Sullivan, K. Odagiri, H. Ochi, H. Ogawa, H. Ogawa, S. Oguri, H. Ohsaki, I.S. Ohta, N. Okada, L. Pagano, A. Paiella, D. Paoletti, G. Pascual Cisneros, A. Passerini, G. Patanchon, V. Pelgrim, J. Peloton, V. Pettorino, F. Piacentini, M. Piat, G. Piccirilli, F. Pinsard, G. Pisano, J. Plesseria, G. Polenta, D. Poletti, T. Prouv, G. Puglisi, D. Rambaud, C. Raum, S. Realini, M. Reinecke, C.D. Reintsema, M. Remazeilles, A. Ritacco, P. Rosier, G. Roudil, J. Rubino-Martin, M. Russell, H. Sakurai, Y. Sakurai, M. Sandri, M. Sasaki, G. Savini, D. Scott, J. Seibert, Y. Sekimoto, B. Sherwin, K. Shinozaki, M. Shiraishi, P. Shirron, A. Shitvov, G. Signorelli, G. Smecher, F. Spinella, J. Starck, S. Stever, R. Stompor, R. Sudiwala, S. Sugiyama, R. Sullivan, A. Suzuki, J. Suzuki, T. Suzuki, T.L. Svalheim, E. Switzer, R. Takaku, H. Takakura, S. Takakura, Y. Takase, Y. Takeda, A. Tartari, D. Tavagnacco, A. Taylor, E. Taylor, Y. Terao, L. Terenzi, J. Thermeau, H. Thommesen, K.L. Thompson, B. Thorne, T. Toda, M. Tomasi, M. Tominaga, N. Trappe, M. Tristram, M. Tsuji, M. Tsujimoto, C. Tucker, R. Ueki, J.N. Ullom, K. Umemori, L. Vacher, J. Van Lanen, G. Vermeulen, P. Vielva, F. Villa, M.R. Vissers, N. Vittorio, B. Wandelt, W. Wang, I.K. Wehus, J. Weller, B. Westbrook, G. Weymann-Despres, J. Wilms, B. Winter, E.J. Wollack, N.Y. Yamasaki, T. Yoshida, J. Yumoto, K. Watanuki, A. Zacchei, M. Zannoni, A. Zonca. - In: JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS. - ISSN 0022-2291. - (2022). [Epub ahead of print] [10.1007/s10909-022-02808-7]

Optical Characterization of OMT-Coupled TES Bolometers for LiteBIRD

Hubmayr, J.;Ade, P. A. R.;Adler, A.;Allys, E.;Alonso, D.;Arnold, K.;Auguste, D.;Aumont, J.;Aurlien, R.;Austermann, J. E.;Azzoni, S.;Baccigalupi, C.;Banday, A. J.;Banerji, R.;Barreiro, R. B.;Bartolo, N.;Basak, S.;Battistelli, E.;Bautista, L.;Beall, J. A.;Beck, D.;Beckman, S.;Benabed, K.;Bermejo-Ballesteros, J.;M. Bersanelli;Bonis, J.;Borrill, J.;Bouchet, F.;Boulanger, F.;Bounissou, S.;Brilenkov, M.;Brown, M. L.;Bucher, M.;Calabrese, E.;Calvo, M.;Campeti, P.;Carones, A.;Casas, F. J.;Catalano, A.;Challinor, A.;Chan, V.;Cheung, K.;Chinone, Y.;Chiocchetta, C.;Clark, S. E.;Clermont, L.;Clesse, S.;Cliche, J.;Columbro, F.;Connors, J. A.;Coppolecchia, A.;Coulton, W.;Cubas, J.;Cukierman, A.;Curtis, D.;Cuttaia, F.;D’Alessandro, G.;Dachlythra, K.;de Bernardis, P.;de Haan, T.;de la Hoz, E.;De Petris, M.;Della Torre, S.;Daz Garca, J. J.;Dickinson, C.;Diego-Palazuelos, P.;Dobbs, M.;Dotani, T.;Douillet, D.;Doumayrou, E.;Duband, L.;Ducout, A.;Duff, S. M.;Duval, J. M.;Ebisawa, K.;Elleflot, T.;Eriksen, H. K.;Errard, J.;Essinger-Hileman, T.;Farrens, S.;Finelli, F.;Flauger, R.;Fleury-Frenette, K.;C. Franceschet;Fuskeland, U.;Galli, L.;Galli, S.;Galloway, M.;Ganga, K.;Gao, J. R.;Genova-Santos, R. T.;Georges, M.;Gerbino, M.;Gervasi, M.;Ghigna, T.;Giardiello, S.;Gjerlw, E.;Gonzles, R. Gonzlez;Gradziel, M. L.;Grain, J.;Grandsire, L.;Grupp, F.;Gruppuso, A.;Gudmundsson, J. E.;Halverson, N. W.;Hamilton, J.;Hargrave, P.;Hasebe, T.;Hasegawa, M.;Hattori, M.;Hazumi, M.;Henrot-Versill, S.;Hensley, B.;Herman, D.;Herranz, D.;Hilton, G. C.;Hivon, E.;Hlozek, R. A.;Hoang, D.;Hornsby, A. L.;Hoshino, Y.;Ichiki, K.;Iida, T.;Ikemoto, T.;Imada, H.;Ishimura, K.;Ishino, H.;Jaehnig, G.;Jones, M.;Kaga, T.;Kashima, S.;Katayama, N.;Kato, A.;Kawasaki, T.;Keskitalo, R.;Kintziger, C.;Kisner, T.;Kobayashi, Y.;Kogiso, N.;Kogut, A.;Kohri, K.;Komatsu, E.;Komatsu, K.;Konishi, K.;N. Krachmalnicoff;Kreykenbohm, I.;Kuo, C. L.;Kushino, A.;Lamagna, L.;Lanen, J. V.;Laquaniello, G.;Lattanzi, M.;Lee, A. T.;Leloup, C.;Levrier, F.;Linder, E.;Link, M. J.;Lonappan, A. I.;Louis, T.;Luzzi, G.;Macias-Perez, J.;Maciaszek, T.;Maffei, B.;D. Maino;Maki, M.;S. Mandelli;Maris, M.;Marquet, B.;Martnez-Gonzlez, E.;Martire, F. A.;Masi, S.;Massa, M.;Masuzawa, M.;Matarrese, S.;Matsuda, F. T.;Matsumura, T.;Mele, L.;A. Mennella;Migliaccio, M.;Minami, Y.;Mitsuda, K.;Moggi, A.;Monelli, M.;Monfardini, A.;Montgomery, J.;Montier, L.;Morgante, G.;Mot, B.;Murata, Y.;Murphy, J. A.;Nagai, M.;Nagano, Y.;Nagasaki, T.;Nagata, R.;Nakamura, S.;Nakano, R.;Namikawa, T.;Nati, F.;Natoli, P.;Nerval, S.;Neto Godry Farias, N.;Nishibori, T.;Nishino, H.;Noviello, F.;O’Neil, G. C.;O’Sullivan, C.;Odagiri, K.;Ochi, H.;Ogawa, H.;Ogawa, H.;Oguri, S.;Ohsaki, H.;Ohta, I. S.;Okada, N.;Pagano, L.;Paiella, A.;Paoletti, D.;Pascual Cisneros, G.;Passerini, A.;Patanchon, G.;Pelgrim, V.;Peloton, J.;Pettorino, V.;Piacentini, F.;Piat, M.;Piccirilli, G.;Pinsard, F.;Pisano, G.;Plesseria, J.;Polenta, G.;Poletti, D.;Prouv, T.;Puglisi, G.;Rambaud, D.;Raum, C.;S. Realini;Reinecke, M.;Reintsema, C. D.;Remazeilles, M.;Ritacco, A.;Rosier, P.;Roudil, G.;Rubino-Martin, J.;Russell, M.;Sakurai, H.;Sakurai, Y.;Sandri, M.;Sasaki, M.;Savini, G.;Scott, D.;Seibert, J.;Sekimoto, Y.;Sherwin, B.;Shinozaki, K.;Shiraishi, M.;Shirron, P.;Shitvov, A.;Signorelli, G.;Smecher, G.;Spinella, F.;Starck, J.;Stever, S.;Stompor, R.;Sudiwala, R.;Sugiyama, S.;Sullivan, R.;Suzuki, A.;Suzuki, J.;Suzuki, T.;Svalheim, T. L.;Switzer, E.;Takaku, R.;Takakura, H.;Takakura, S.;Takase, Y.;Takeda, Y.;Tartari, A.;Tavagnacco, D.;Taylor, A.;Taylor, E.;Terao, Y.;Terenzi, L.;Thermeau, J.;Thommesen, H.;Thompson, K. L.;Thorne, B.;Toda, T.;M. Tomasi;Tominaga, M.;Trappe, N.;Tristram, M.;Tsuji, M.;Tsujimoto, M.;Tucker, C.;Ueki, R.;Ullom, J. N.;Umemori, K.;Vacher, L.;Van Lanen, J.;Vermeulen, G.;Vielva, P.;Villa, F.;Vissers, M. R.;Vittorio, N.;Wandelt, B.;Wang, W.;Wehus, I. K.;Weller, J.;Westbrook, B.;Weymann-Despres, G.;Wilms, J.;Winter, B.;Wollack, E. J.;Yamasaki, N. Y.;Yoshida, T.;Yumoto, J.;Watanuki, K.;Zacchei, A.;Zannoni, M.;A. Zonca

2022

Abstract

Feedhorn- and orthomode transducer- (OMT) coupled transition edge sensor (TES) bolometers have been designed and micro-fabricated to meet the optical specifications of the LiteBIRD high frequency telescope (HFT) focal plane. We discuss the design and optical characterization of two LiteBIRD HFT detector types: dual-polarization, dual-frequency-band pixels with 195/280 GHz and 235/337 GHz band centers. Results show well-matched passbands between orthogonal polarization channels and frequency centers within 3% of the design values. The optical efficiency of each frequency channel is conservatively reported to be within the range 0.64-0.72, determined from the response to a cryogenic, temperature-controlled thermal source. These values are in good agreement with expectations and either exceed or are within 10% of the values used in the LiteBIRD sensitivity forecast. Lastly, we report a measurement of loss in Nb/SiN x/Nb microstrip at 100 mK and over the frequency range 200-350 GHz, which is comparable to values previously reported in the literature.

Scheda breve

Scheda completa

Scheda completa (DC)

	Parole chiave
	
				CMB; TES; OMT; Low temperature detector; Bolometer
			
	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
				Settore FIS/05 - Astronomia e Astrofisica
			
	Data di pubblicazione
	
				2022
			
	Data ahead of print o data di stampa
	
				5-set-2022
			
	Rivista in ANCE
	
				JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS
			
	DOI
	
				https://dx.doi.org/10.1007/s10909-022-02808-7
			
	Tipologia
	
				Article (author)
			
	Appare nelle tipologie:
	
				01 - Articolo su periodico

File in questo prodotto:

File	Dimensione	Formato
s10909-022-02808-7.pdf accesso riservato Tipologia: Publisher's version/PDF Dimensione 1.12 MB Formato Adobe PDF Visualizza/Apri Richiedi una copia	1.12 MB	Adobe PDF	Visualizza/Apri Richiedi una copia

Pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/2434/937414

Citazioni

ND

2

2

IRIS Institutional Research Information System - AIR Archivio Istituzionale della Ricerca