Posté par Redbran le Samedi 07/09/2019 à 14:00
Intrapix - Un dispositif de caractérisation unique au monde

© CEA
Des chercheurs du Département des Systèmes Basses Températures de l'lnstitut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (lRlG) ont mis au point un banc d’essai unique au monde qui permettra la caractérisation intra-pixel de détecteurs matriciels, pour le visible ou l’infrarouge en astrophysique.

Dans le but d’observer toujours plus loin et avec une résolution toujours meilleure les étoiles et les galaxies, des dispositifs de plus en plus sophistiqués sont imaginés et créés. Ainsi, la résolution des capteurs et leur sensibilité aux plus petits flux de lumière s’améliorent au fil des avancées. Parmi eux, le bolomètre, un détecteur dont le principe général est de convertir l’énergie du rayonnement incident en chaleur pour élever la température d’un corps muni d'un thermomètre. Chaque bolomètre comporte quelques milliers de pixels, chacun représentant un carré d’une dizaine de µm de côté. Or, lorsqu’un photon atteint un pixel, il semblerait qu’il donne un signal différent en fonction du point d’impact, bord ou centre du pixel. D’où le projet Intrapix, un cryostat destiné à caractériser finement ces bolomètres.

Le Département des Systèmes Basses Températures (DSBT) de l’irig s’est imposé au fil du temps comme une référence au sein de la communauté de la cryogénie spatiale. Dans le cadre de la mission Herschel, le plus grand télescope jamais mis sur orbite, le DSBT a conçu les cryo-réfrigérateurs destinés à refroidir à 270mK les détecteurs d’observation de deux instruments. ArTeMis, une caméra photonique sub-millimétrique exploitée par l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) du CEA-Saclay, a bénéficié de l’héritage Herschel. En effet, cette caméra composée de bolomètres fonctionnant à 300 mK et installée au foyer du grand télescope Apex (Chili) est refroidie par une chaîne cryogénique et un cryostat tous deux entièrement conçus au DSBT.

C’est donc naturellement que le DSBT intègre le projet Intrapix, porté par l’Irfu, avec comme double objectif de concevoir un banc d’essais optique destiné à caractériser les bolomètres et de mettre au point un tout nouveau cryostat afin de maintenir ce banc à basse température. Ce cryostat comporte une partie cryogénique composée d’un réservoir d’azote liquide et d’un tube à gaz pulsé destiné au refroidissement du banc et des détecteurs. En phase de conception, des calculs de pré-dimensionnement (sans optique) réalisés par le DSBT ont montré qu'aucune contrainte thermomécanique ne pouvait engendrer de déformations notables pouvant affecter le trajet du faisceau lumineux (Figure). Un traitement thermique cryogénique particulier du banc sera effectué pour lui garantir une stabilité dimensionnelle dans le temps.

L’intégration du banc optique dans le cryostat (Figure), avec ces différents composants optiques, permettra au projet Intrapix de servir les plus grands projets d’astrophysique européens tels que Euclid-VIS, JWST-Miri, PLATO. Intrapix est unique au monde et permettra la caractérisation intra-pixel de détecteurs matriciel pour le visible ou l’infrarouge dans le domaine de l’astrophysique.

Schéma de fonctionnement d’Intrapix.
Une coupe est réalisée montrant l’intérieur du cryostat conçu et réalisé par le DSBT où se trouve le banc d’essais optique sur lequel sont montés les différents composants (miroirs, roue à filtre, collimateurs, mire à motifs, etc.) conçus par le Département d’Astrophysique de l’Irfu et réalisée par l’Université Durham.
En jaune: parcours du faisceau lumineux.
© CEA
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