Charakterisierung der Ferninfrarot-Detektoren der HERSCHEL/PACS-Spektrometerkamera

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die schwach gedrückten Ferninfrarot-Ge:Ga-Flug- und Flugersatzmodule für die PACS-Spektrometerkamera des HERSCHEL-Weltraumobservatoriums unter repräsentativen Bedingungen charakterisiert und kalibriert. Die Kalibrierung der Detektoren am Boden ist für die Gesamtkalibrierung und das Verständnis des Detektorverhaltens im Weltraum wichtig. Eine genaue absolute Kalibrierung ist unter anderem erforderlich, um genaue Farbtemperaturen und Staubmassen abzuleiten, die z.B. in Modellierungen von Sternentstehungsgebieten eingehen. Die experimentellen und theoretischen Untersuchungen des Antwortverhaltens einer flugrepräsentativen Detektorzeile auf kleine Änderung der Beleuchtungsintensität deuten darauf hin, dass Signaltransienten bei PACS aufgrund des hohen Photonenuntergrunds des ~80 K-warmen Hauptspiegels aller Wahrscheinlichkeit nach keine Rolle spielen werden. Die Auswirkung kosmischer Strahlung auf die Ge:Ga-Detektoren wurde anhand von Replikadetektoren und unter Verwendung einer 137Cs-Strahlungsquelle untersucht. In Abhängigkeit der eingestrahlten Energiedosisleistung, des FIR-Untergrundflusses und der Detektorparameter stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Bestrahlungseffekten durch die ionisierende Strahlung und Selbstrelaxation aufgrund des hohen IR-Untergrundflusses ein. Unter L2-repräsentativen Umgebungsbedingungen sowie mit stark reduzierter Vorspannung und geeigneter Datenanalysesoftware besitzen die schwach gedrückten Detektoren in diesem Zustand im Mittel eine um ~30% höhere Empfindlichkeit als ohne Bestrahlung. Die Eichung der Detektoren ist dabei bis auf 1.5% stabil und die Reproduzierbarkeit beträgt ~6%. Auf Basis der im Labor erzielten Ergebnisse wurde unter anderem die Modulreihenfolge für die Integration der einzelnen Detektormodule in die Spektrometerkamera definiert und ein Programm zur Inbetriebnahme der Ge:Ga-Detektoren einschließlich detaillierter Prozeduren zur sukzessiven Feinabstimmung der Detektorparameter sowie Strategien zur Kalibrierung und für den Betrieb der Detektoren im Weltraum entwickelt. Unter Einsatz von optimierten Betriebsparametern wird die erreichbare photometrische Genauigkeit der Spektrometerkamera beim Betrieb auf dem Stromempfindlichkeitsplateau ohne Ausheilung temporärer Strahlungsschäden auf ~12% geschätzt. Die im Rahmen dieser Dissertation entwickelte Betriebsstrategie wurde bei der Inbetriebnahme der Ge:Ga-Detektoren im Weltraum verifiziert und die optimalen Betriebsparameter ähneln den Ergebnissen der Labortests