Published November 10, 2022 | Version v1
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StarDICE I: sensor calibration bench and absolute photometric calibration of a Sony IMX411 sensor

Others:
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE (UMR_7585)) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Astrophysique Relativiste Théories Expériences Métrologie Instrumentation Signaux (ARTEMIS) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)
Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Observatoire de Haute-Provence (OHP) ; Institut Pythéas (OSU PYTHEAS) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Description

The Hubble diagram of type-Ia supernovae (SNe-Ia) provides cosmological constraints on the nature of dark energy with an accuracy limited by the flux calibration of currently available spectrophotometric standards. The StarDICE experiment aims at establishing a 5-stage metrology chain from NIST photodiodes to stars, with a targeted accuracy of \SI1{mmag} in $griz$ colors. We present the first two stages, resulting in the calibration transfer from NIST photodiodes to a demonstration \SI{150}{Mpixel} CMOS sensor (Sony IMX411ALR as implemented in the QHY411M camera by QHYCCD). As a side-product, we provide full characterization of this camera. A fully automated spectrophotometric bench is built to perform the calibration transfer. The sensor readout electronics is studied using thousands of flat-field images from which we derive stability, high resolution photon transfer curves and estimates of the individual pixel gain. The sensor quantum efficiency is then measured relative to a NIST-calibrated photodiode. Flat-field scans at 16 different wavelengths are used to build maps of the sensor response. We demonstrate statistical uncertainty on quantum efficiency below \SI{0.001}{e^-/γ} between \SI{387}{nm} and \SI{950}{nm}. Systematic uncertainties in the bench optics are controlled at the level of \SI{1e-3}{e^-/γ}. Uncertainty in the overall normalization of the QE curve is 1%. Regarding the camera we demonstrate stability in steady state conditions at the level of \SI{32.5}{ppm}. Homogeneity in the response is below \SI1{\percent} RMS across the entire sensor area. Quantum efficiency stays above \SI{50}{\percent} in most of the visible range, peaking well above \SI{80}{\percent} between \SI{440}{nm} and \SI{570}{nm}. Differential non-linearities at the level of \SI1{\percent} are detected. A simple 2-parameter model is proposed to mitigate the effect.

Additional details

Created:
December 4, 2022
Modified:
November 30, 2023