BICEP Array: 150 GHz detector module development
A. Schillaci
,
P.A.R. Ade
,
Z. Ahmed
,
M. Amiri
,
D. Barkats
,
R. Basu Thakur
,
C.A. Bischoff
,
D. Beck
,
J.J. Bock
,
V. Buza
,
J. Cheshire
,
J. Connors
,
J. Cornelison
,
M. Crumrine
,
A. Cukierman
,
E. Denison
,
M. Dierickx
,
L. Duband
(1)
,
M. Eiben
,
S. Fatigoni
,
J.P. Filippini
,
C. Giannakopoulos
,
N. Goeckner-Wald
,
D. Goldfinger
,
J.A. Grayson
,
P. Grimes
,
G. Hall
,
G. Halal
,
M. Halpern
,
E. Hand
,
S. Harrison
,
S. Henderson
,
S.R. Hildebrandt
,
G.C. Hilton
,
J. Hubmayr
,
H. Hui
,
K.D. Irwin
,
J. Kang
,
K.S. Karkare
,
S. Kefeli
,
J.M. Kovac
,
C.L. Kuo
,
K. Lau
,
E.M. Leitch
,
A. Lennox
,
K.G. Megerian
,
O.Y. Miller
,
L. Minutolo
,
L. Moncelsi
,
Y. Nakato
,
T. Namikawa
,
H.T. Nguyen
,
R. O'Brient
,
S. Palladino
,
M. Petroff
,
N. Precup
,
T. Prouve
(1)
,
C. Pryke
,
B. Racine
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C.D. Reintsema
,
B.L. Schmitt
,
B. Singari
,
A. Soliman
,
T. St. Germaine
,
B. Steinbach
,
R.V. Sudiwala
,
K.L. Thompson
,
C. Tucker
,
A.D. Turner
,
C. Umilta
,
C. Verges
,
A.G. Vieregg
,
A. Wandui
,
A.C. Weber
,
D.V. Wiebe
,
J. Willmert
,
W.L.K. Wu
,
E. Yang
,
K.W. Yoon
,
E. Young
,
C. Yu
,
L. Zeng
,
C. Zhang
,
S. Zhang
A. Schillaci
- Fonction : Auteur
P.A.R. Ade
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Z. Ahmed
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M. Amiri
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D. Barkats
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R. Basu Thakur
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C.A. Bischoff
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D. Beck
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J.J. Bock
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V. Buza
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E. Yang
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K.W. Yoon
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C. Zhang
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Résumé
The BICEP/Keck Collaboration is currently leading the quest to the highest sensitivity measurements of the polarized CMB anisotropies on degree scale with a series of cryogenic telescopes, of which BICEP Array is the latest Stage-3 upgrade with a total of $\sim32,000$ detectors. The instrument comprises 4 receivers spanning 30 to 270 GHz, with the low-frequency 30/40 GHz deployed to the South Pole Station in late 2019. The full complement of receivers is forecast to set the most stringent constraints on the tensor to scalar ratio $r$. Building on these advances, the overarching small-aperture telescope concept is already being used as the reference for further Stage-4 experiment design. In this paper I will present the development of the BICEP Array 150 GHz detector module and its fabrication requirements, with highlights on the high-density time division multiplexing (TDM) design of the cryogenic circuit boards. The low-impedance wiring required between the detectors and the first-stage SQUID amplifiers is crucial to maintain a stiff voltage bias on the detectors. A novel multi-layer FR4 Printed Circuit Board (PCB) with superconducting traces, capable of reading out up to 648 detectors, is presented along with its validation tests. I will also describe an ultra-high density TDM detector module we developed for a CMB-S4-like experiment that allows up to 1,920 detectors to be read out. TDM has been chosen as the detector readout technology for the Cosmic Microwave Background Stage-4 (CMB-S4) experiment based on its proven low-noise performance, predictable costs and overall maturity of the architecture. The heritage for TDM is rooted in mm- and submm-wave experiments dating back 20 years and has since evolved to support a multiplexing factor of 64x in Stage-3 experiments.