GEPI

De la conception instrumentale
à l’exploitation des observables
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Développement d’une chaîne de lecture très haute cadence pour des détecteurs MKIDs

Proposition de stage au niveau M2.

Proposant : Shan Mignot (GEPI).

Sujet : Un KID (Kinetic Inductance Detector) est un résonateur supraconducteur de type LC présentant un fort facteur de qualité (Q∼104-107). La technologie KID permet de couvrir une très large gamme de longueurs d’ondes allant du millimétrique jusqu’aux rayons X et au-delà. Dans l’IR proche et le visible, grâce à une matrice KID, il est possible d’observer en modalité comptage de photons des longueurs d’ondes allant de 0.1 µm jusqu’à 5 µm. Les détecteurs à base de KID sont capables de compter individuellement les photons, de mesurer simultanément leurs énergies et d’enregistrer le temps d’arrivée de chacun. Enfin, la lecture de l’ensemble des pixels (jusqu’à plusieurs milliers selon l’état de l’art) d’une matrice KID peut être réalisée en temps réel pendant l’observation. Cette proposition de stage s’inscrit dans une dynamique visant à faire émerger une compétence autours des KIDs dans le visible et l’IR proche en France à partir de celle existant dans le domaine submillimétrique : nous développons un démonstrateur de caméra KID dans l’IR proche et le visible en collaboration avec le laboratoire d’Astroparticule et Cosmologie (APC) de l’Université de Paris 7 et le CNRS de Grenoble (Institut Néel et LPSC). Des applications sont envisagées à terme en photométrie à haute résolution temporelle (sursauts gamma) et en optique adaptative (senseurs de front d’ondes). L’objet du stage consiste à concevoir l’électronique de lecture des détecteurs. Dans les grandes lignes, celle-ci consiste à produire un peigne de fréquences dans le domaine des micro-ondes, à propager ce signal dans la ligne micro-ruban de la matrice des pixels MKIDs puis à acquérir et caractériser le contenu du signal émergent. L’analyse de ce signal permet d’identifier les photons détectés, i.e. leur énergie (résolution spectrale), leur nombre (photométrie), leur instant d’arrivée (résolution temporelle) et les pixels stimulés (résolution spatiale). Des cubes de données (imagerie x spectroscopie basse résolution) sont ainsi produits à très haute cadence pour l’observation de phénomènes physiques ultra-brefs : correction de turbulence atmosphérique et sursauts gamma en astrophysique, cinétique moléculaire en microscopie. Techniquement, cette chaîne de lecture implique la conception du circuit hyperfréquence qui propage le signal de lecture jusque et dans un cryogénérateur à quelques centaines de milli-Kelvin, de l’électronique numérique et du logiciel pour la reconstruction des cubes de données.

Nature du travail demandé

  • Instrumentation
  • Traitement de données
  • Expérimentation en laboratoire
  • Modélisation

Prérequis : électronique numérique, circuits hyperfréquence, traitement du signal

Lieu du stage : Laboratoire Galaxie, Étoiles et Instrumentation à l’Observatoire de Paris (Paris)

Informations complémentaires : Déplacements fréquents à l’APC (Paris), collaboration avec l’Institut Néel (Grenoble)

Date indicative de début : 2017-03-06

Durée du stage : 15 semaines