Optimisation des performances du système optique et estimation de la polarisation instrumentale de l'expérience embarquée sous ballon stratosphérique PILOT - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Optimisation des performances du système optique et estimation de la polarisation instrumentale de l'expérience embarquée sous ballon stratosphérique PILOT

Résumé

The PILOT experiment will measure the polarized emission of interstellar dust grains, in the submillimeter range, at 240 and 550 μm. The scientific instrument will be on-board a stratospheric platform. A field of view of 0.8°×1° and a resolution of about one arc minute are needed to reach the scientific objectives. For this purpose, the use of an extended focal plane, a large diameter primary mirror and a re-imaging system is needed. For the off axis telescope, we must respect a combination of shape and angle between the primary and secondary mirror, in order to optimize the image quality and to minimize the instrumental polarization. The aim of my thesis work was the evaluation of the performances of this optical system and the prediction of their variations in flight conditions. All the optical elements, except the primary mirror will be cooled to 3 K. The variations of the primary mirror characteristics with the environment must be well known in order to obtain optimal performances during the flight. For the evaluation of these characteristics, I used tridimensional measurements, submillimeter characterization and modelling of the deformations in various environmental conditions. The method used for the primary mirror was applied to the lenses of the reimaging system too. The actual modelling of the optical system includes these results and show that the optical performances are nominal. Using this realistic modelling, an optimization of the positionning of each optical element was done for the integration of the instrument. The polarization degree of the dust grain emission is expected to be only a few percent. For the interpretation of the instrument signal, it is necessary to have a good knowledge of the instrumental polarization. Using modelling with Zemax software, I have determined the Stokes parameters for several positions of the optical axis of the half waveplate, different orientations of the incident polarization state and for a set of positions in the field of view. During the ground tests of the integrated instrument, I will verify and optimize these parameters.
La mission PILOT a pour objectif l'étude de l'émission polarisée des grains de poussières du milieu interstellaire dans le domaine submillimétrique, à 240 et 550 μm. L'instrument scientifique sera embarqué à bord d'un ballon stratosphérique à une altitude d'environ 40 km. Un champ de vue de 0.8°×1°, ainsi qu'une résolution de l'ordre de la minute d'arc sont requis pour atteindre les objectifs scientifiques. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser à la fois un plan focal étendu, un miroir de grand diamètre ainsi qu'un système ré-imageur. Le télescope est de plus en configuration hors axe, une combinaison de forme et d'angle entre les miroirs primaire et secondaire doit donc être respectée de façon à optimiser la qualité image et à minimiser la polarisation instrumentale. L'objectif de mes travaux de thèse était d'estimer les performances de ce système optique, ainsi que leurs variations en fonction des conditions de vol. Tous les composants optiques seront refroidis à 3 K, à l'exception du miroirprimaire. Le contrôle des caractéristiques de ce miroir en fonction des conditions d'environnement est indispensable à l'obtention de performances optimales en vol. J'ai évalué les caractéristiques du miroir primaire en combinant des mesures tridimensionnelles, une caractérisation dans le domaine submillimétrique et des modélisations de déformées en température homogène, non homogène et en gravité. Les méthodes mise en place pour le miroir primaire ont également été appliquées aux lentilles du système ré-imageur. Les résultats obtenus sur le miroir primaire et les lentilles ont été intégrés à la modélisation du système optique. Il a ainsi été possible de valider l'adéquation entre les performances nominales et réelles et d'optimiser le positionnement de chaque composant optique pour l'intégration de l'instrument. Le degré de polarisation de l'émission polarisée des grains de poussières est de l'ordre de quelques pourcents. L'interprétation du signal mesuré par l'instrument nécessite donc une bonne connaissance de la polarisation instrumentale induite par l'instrument. J'ai estimé, par modélisation, les matrices de passage de l'instrument en fonction de la position du point du champ observé, de l'orientation du plan de polarisation de l'état de polarisation incident et de l'orientation de l'axe optique de la lame demi-onde. La campagne de tests de l'instrument intégré, me permettra de vérifier et d'optimiser ces matrices.
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Dates et versions

tel-00821057 , version 1 (07-05-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00821057 , version 1

Citer

Céline Engel. Optimisation des performances du système optique et estimation de la polarisation instrumentale de l'expérience embarquée sous ballon stratosphérique PILOT. Instrumentation et méthodes pour l'astrophysique [astro-ph.IM]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00821057⟩
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