Réalisation d'un interféromètre de Martin-Puplett pour le développement d'une caméra bolométrique. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Realisation of an Martin Puplett interferometer for the development of a bolometric camera.

Réalisation d'un interféromètre de Martin-Puplett pour le développement d'une caméra bolométrique.

Thomas Durand
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 843678

Résumé

The growing precision of scientific research into the evolution of the universe since the Big Bang involves the development of suitable sub-millimetric instruments which apply to observational cosmology, such as bolometric cameras. In this context, we see the need for an instrument which enables the determination of the spectral index and the optical characterization of a variety of materials making up the camera (detector array, filters, lenses, and so on...) using transmission or absorption measurements. Furthermore, due to the expansion of observational requirements, we also see the need to characterize these optical elements through polarized light and in different temperature conditions.

This thesis focused on the design, the realisation and the use of all the components of this instrumental chain. It is divided into three parts: the interferometer, the optical cryostat, and data gathering and processing. The Martin Puplett spectrometer is a Fourier transform millimetric spectrometer. It works along the same principles as a Michelson interferometer. A incident optical signal, modulated between a black body between 300K and 70K, is split into two beams by a beamsplitter. These two beams interfere after having travelled along a different distance. The signal transmitted by the system is polarized then red by a radiation detector, called a bolometer, which has been cooled down to a temperature of 2 K. The optical cryostat enables to cool down this bolometer thanks to liquid helium and to characterize the samples at a temperature of 4 K. Data acquisition is performed by the means of an electronic board which modulates the bolometer signal and amplifies the response. A graphic interface then enables to control and monitor its operation on the one hand, and to visualize and measure the spectral response on the other hand. It also enables to forward the data towards another data processing program which outputs spectral responses ranging from 50 to 300 GHz, with a resolution up to 1.3 GHz and an amplitude accuracy of 1 %. These responses can be obtained through seven different polarizations of the electronic field ranging from 0 to 90°. This instrument enabled the characterization of a variety of filters, lenses and bolometer matrix which will soon be mounted inside the bolometric camera.
La recherche de connaissance de plus en plus précise sur l'évolution de l'univers depuis le big bang, implique le développement d'instruments sub-millimétriques appliqués à la cosmologie observationnelle, comme la caméra bolométrique. Dans ce contexte, il est apparu le besoin de disposer d'un instrument capable de caractériser optiquement l'indice spectral, la transmission et l'absorption de divers matériaux constituant la caméra (matrice de détecteurs, filtres, lentilles...). De plus, l'évolution des besoins observationnels nous pousse aussi à caractériser ces éléments optiques en lumière polarisée et sous différentes températures.

Le travail de cette thèse a porté sur la conception, la réalisation puis l'utilisation de l'ensemble de cette chaîne instrumentale. Elle est constituée de trois parties : l'interféromètre, le cryostat optique et l'acquisition et le traitement des données. L'interféromètre de type Martin Puplett est un spectromètre millimétrique par transformée de Fourier. Le principe de fonctionnement est voisin de celui d'un interféromètre de Michelson. Un signal optique polarisé incident, modulé entre un corps noir à 300K et à 70K, est séparé en deux faisceaux grâce à une grille séparatrice, puis interfèrent après avoir parcouru des distances différentes. Le signal transmis par le système est polarisé puis lu par un détecteur de rayonnement, appelé bolomètre, refroidi à 2K. Le cryostat optique permet de refroidir ce bolomètre par détente sur l'hélium liquide et de caractériser des échantillons à 4K. L'acquisition des données est réalisée via une carte électronique qui module le signal du bolomètre et amplifie la réponse. Ensuite, une interface graphique permet d'une part de commander et de contrôler son fonctionnement, et d'autre part de visualiser la réponse spectrale et de rediriger les données vers un autre programme de traitement des données. A l'issu de ce programme, on obtient des réponses spectrales allant de 50 à 3000 GHz avec une résolution pouvant aller jusqu'à 1,3 GHz et une précision en amplitude de 1 %. Ces réponses peuvent être obtenues sous sept différentes polarisations du champ électrique comprises entre 0 et 90°. Cet instrument nous a permis de caractériser différents filtres, lentilles et matrices de bolomètres, prochainement installés dans la caméra bolométrique.
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Dates et versions

tel-00181020 , version 1 (22-10-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00181020 , version 1

Citer

Thomas Durand. Réalisation d'un interféromètre de Martin-Puplett pour le développement d'une caméra bolométrique.. Astrophysique [astro-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00181020⟩

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