development of the next generation of multichroic sinuous...

Load Resistors/BolometersFrom

Antenna

Development of the Next Generation of Multi­chroic Sinuous Antenna Coupled Transition Edge Sensor Detectors for CMB Polarimetry

B. Westbrook1, K. Arnold2, A. Cukierman1, W.L. Holzapfel1, A. T. Lee1, C. Raum,1 A. Suzuki1

1) University of California, Berkeley 2) University of California, San Diego 

• Self­similar sinuous design is scaled to match the frequency range of interest• Tuning allows for the simultaneous observation of the Cosmic Microwave Background 

(CMB) and cosmic foregrounds • Can tune to match atmospheric transmission windows for ground based observatories

• On chip band­defining filters separate the radiation into components   • Currently we have tuned 7 bands with centers ranging between 30­380 GHz• Requires broadband AR coatings and direct contact dielectric lenslets

• Oliver Jeong's Poster G4.13 (AR) • Praween Siritanasak's Poster G3.9 (lenslets)

• Multiplexing provides efficient use of focal plane area• Requires increased readout bandwidth  and multiplexing factor 

• Kaja Rotermund' Poster G2.45 (LC resonators)• Kaori Hattori's Talk (POLARBEAR 2 Readout Electronics)

Optical Characterization

Overview

A  beam  map  from  the  Low Frequency Triplexer pixel at 90 GHz. 

A  beam  map  from  the  High Frequency Triplexer pixel at 220 GHz. 

Technology

Spectral Bands & Science 

Filter Design

The  bands  are  defined  by  microstrip  lumped­element  3­pole  Chebyshev  filters. The multiplexers are formed from a network of filters that stem from a common node.  The  measured  bands  include  the  combined  effect  of  all  of  the  optical elements between the FTS source and the antenna feed. The band edges, however, agree well with EM simulations of the microstrip multiplexers.

A diagram  illustrating  the operation of  these multichroic pixels.   A broadband sinuous antenna couples the radiation to a superconducting Niobium microstrip, which carries the radiation to a bank of band defining filters. The energy in each band  is  terminated onto a  load  resistor couple  to a  transition edge  sensor on a thermally released bolometer island. 

Centre de Congrès WTC, Grenoble, France

The  frequency coverage of  these pixels allows for simultaneous measurement of CMB  and  foreground  polarization  with the  shared  systematic uncertainties of  a single  experiment.  Synchrotron radiation  is  strong­est  at  lower frequencies  while  the  thermal  dust emission  spectrum  rises  with  fre­quency.  A  precision  measurement  of these  foregrounds  is  essential  to recovering  the  B­mode  polarization signature from inflation.

The  efficiency  measured  is  consistent with the specifications of the wire grid polarizer used for the measurement. 

Applications• POLARBEAR­2/Simons Array

• Aritoki Suzuki's talk (Thursday Morning)• SPT­3G

• Amy Bender's talk (Thursday Morning)• LiteBIRD

• Matsumura Tomotake's Talk (Thursday Morning)

• EBEX10K

A photograph of the test chip fabricated to test  these  new  pixels.  The  antennas  are  tuned by by increasing or decreasing the the spacing between sinuous arms. The filters are tuned by modulating  the  geometry  of  the  lumped  filter element.  All  three  sizes  were  fabricated  sim­ultaneously using standard optical  lithography techniques.  

High Frequency (HF) Triplexer 

Mid Frequency (MF) Tetraplexer 

Low Frequency (LF) Triplexer 

The  efficiency  measured  is  consistent with the specifications of the wire grid polarizer used for the measurement.