望远镜与观测天文学

量子效率

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想象两只放在雨中的水桶:一只几乎接住每一滴,另一只让大半溅走。光探测器也是如此——在一个暗弱星系投落到它上面的每一颗珍贵光子中,只有一部分被记录下来。真正被计入的那一比例,就是探测器的量子效率。

量子效率,即 QE,简单说就是探测器把入射光子转换成可测信号的百分比。老式照相干板的 QE 只有百分之几——它丢掉了绝大部分星光。现代 CCD 在可见光波段大部分区域可达 80% 至 95% 的 QE,意味着几乎每颗光子都被计入。QE 还随波长变化:硅 CCD 对可见光和近红外极佳,却对紫外线和 X 射线视而不见,那需要不同的探测器材料。

QE 之所以重要,是因为它直接放大望远镜的探测能力。把 3% 的干板换成 90% 的 CCD,在聚光上相当于把望远镜镜面放大三十倍,却完全不动光学系统——这正是 CCD 革命让中等望远镜超越照相时代巨镜的原因。天文学家规划曝光时长时,探测器的 QE 是关键数字之一,因为它决定了抵达的光子中有多少会变成所需的信号。

从 4% 的干板换到 90% 的 CCD,被探测到的信号增至二十多倍——这相当于把望远镜镜面直径扩大五倍才能获得的增益。

更好的探测器,可胜过更大的镜面。

高 QE 能捕获更多光子,却无法战胜光本身的随机性。即便是完美的 100% 探测器,仍要面对光子噪声——抵达光子数目不可避免的统计涨落。

又称
QEdetective efficiency量子产率量子產率