Aumento de la velocidad de lectura de sensores de imágenes con múltiples mediciones no destructivas y ruido sub-electrónico - Lapi, Agustín Javier (2024)
Los Charge Coupled Devices (CCDs) son sensores de imágenes que poseen bajo ruido de lectura y gran rango dinámico. La astronomía es uno de sus principales campos de aplicación, donde se usan en el rango de luz visible y en el infrarrojo cercano. Se puede combinar esta tecnología con una etapa de salida no destructiva denominada Skipper, para obtener los Skipper-CCDs, que permiten resolver electrones individuales mediante múltiples medidas no destructivas de un mismo paquete de carga. Esta tecnología ha permitido utilizar CCDs para otras aplicaciones de detección de partículas. Sin embargo, alcanzar ruidos tan bajos tiene como limitación asociada tiempos de lectura muy largos, del orden de horas. En esta tesis se estudia la operación y características de los sensores CCDs, en particular los Skipper-CCDs, o sensores que trabajan con etapas de salida Skipper. Se desarrolla un método que permite incrementar la velocidad de lectura de estos sensores, alcanzando la de instrumentos astronómicos actuales. Estos incrementos en la velocidad de lectura, pueden tener asociados un aumento en el ruido de lectura. Se propone entonces un filtro óptimo para mitigar efectos de ruido no estacionario, y otras fuentes de ruido presentes en el cálculo del píxel. El filtro se verifica experimentalmente en una gran cantidad de sensores. Se explora además una variante novedosa del Skipper-CCD, que dispone múltiples etapas de salida a lo largo de su registro serie, denominada MAS-CCD. Esta arquitectura permite disminuir el ruido de lectura final para el mismo tiempo de lectura que un Skipper-CCD similar. Finalmente, se estudia un nuevo prototipo de sensor que consiste en un píxel CMOS con una etapa de salida Skipper. Por primera vez, se demuestra experimentalmente el funcionamiento de este dispositivo.