Instrumentation of a 2.6 THz heterodyne receiver
Instrumentation d'un récepteur hétérodyne à 2.6 THz
Résumé
Knowledge of the interstellar medium (ISM) is essential to understand the stellar life cycle, beside others. The ISM can be traced by the emission or absorption lines of molecules, atoms and ions. Different molecules/atoms/ions trace different phases of the ISM, and some important molecules/ions/atoms can only be detected at frequencies above 1 THz. On sub-millimeter telescopes, heterodyne receivers are generally used for line observations. During my PhD, I built and characterized a 2.6 THz heterodyne receiver. This operating frequency of 2.6 THz is one of the highest reached by recent heterodyne receivers, and in order to characterize and improve this receiver, I focused on 3 important aspects:
1) The stability of the receiver, which determines the optimal integration time of the receiver before it has to be recalibrated.
2) The design and test of a Martin-Puplett interferometer which allows to superimpose the local oscillator signal and the observed signal with a very good efficiency.
3) The design, simulation and characterization of a new kind of phase grating (The Global phase grating) able to efficiently split the local oscillator beam into several beams, which allows the development of a multi-pixel heterodyne receiver.
In conclusion, the work accomplished during this PhD constitutes an important step toward the realization of a very stable and highly sensitive 2.6 THz multi-pixel heterodyne receiver using a Martin-Puplett interferometer diplexer, for the next generation of sub-millimeter/farIR space missions.
La connaissance du milieu interstellaire (MIS) est essentielle pour comprendre le cycle de vie des étoiles. Le MIS peut être tracé par les raies d'émission ou d'absorption de molécules, d'atomes ou d'ions. Différents ions/atomes/molécules tracent différentes phase de du MIS, et d'importants ions/atomes/molécules peuvent seulement être détectés à des fréquences supérieures à 1 THz. Dans les télescopes submillimétriques, des récepteurs hétérodynes sont généralement utilisés pour les observations de raies spectrales.
Durant ma thèse, j'ai travaillé sur la construction, la caractérisation et l'amélioration d'un récepteur hétérodyne à 2.6 THz. Cette fréquence d'observation (2.6 THz) est l'une des plus hautes atteintes par les récepteurs hétérodynes THz existant actuellement, et dans le but de caractériser et d'améliorer ce récepteur, je me suis concentré sur trois aspects essentiels :
1) La stabilité du récepteur qui détermine le temps optimal pendant lequel le récepteur peut intégrer un signal avant de devoir être recalibré.
2) Le développement d'un interféromètre de Martin-Puplett pour permettre la superposition du signal de l'oscillateur local et du signal observé, avec très peu de pertes.
3) La conception, la simulation et la caractérisation d'un nouveau type de réseau de phase (le Réseau de phase global) permettant de diviser efficacement le faisceau de l'oscillateur local en plusieurs faisceaux pour permettre la construction d'un récepteur hétérodyne multi-pixel.
Finalement, le travail accompli durant cette thèse constitue une étape importante vers la réalisation d'un récepteur hétérodyne multi-pixel à 2.6 THz utilisant un interféromètre de Martin-Puplett comme diplexeur et possédant de très bonnes caractéristiques de stabilité et de sensibilité, pour la prochaine génération de télescopes submillimétriques spatiaux.
Loading...