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R&D R&D autourautour de LISA de LISA
Projets à court et long terme à l’APCProjets à court et long terme à l’APC
Hubert HalloinHubert HalloinAPCAPC
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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Que tester en laboratoire ?Que tester en laboratoire ? Reconstitution de la mesure interférométrique (à Reconstitution de la mesure interférométrique (à
l’exclusion des masses inertielles)l’exclusion des masses inertielles) Interface entre mesures physiques et méthodes Interface entre mesures physiques et méthodes
d’analysed’analyse– Quelles technologies optiques/électroniques adaptées Quelles technologies optiques/électroniques adaptées
l’extraction des signaux ?l’extraction des signaux ?– Pertinence des exigences techniques actuelles (bruits, Pertinence des exigences techniques actuelles (bruits,
stabilisation, etc.)stabilisation, etc.) Banc de test représentatif en laboratoireBanc de test représentatif en laboratoire
– Support pour le développement technique national et Support pour le développement technique national et européen des éléments de LISAeuropéen des éléments de LISA
– Interaction simulation-expérience (bruits, performances,…)Interaction simulation-expérience (bruits, performances,…)– Performances « réalistes » : algorithmes de traitement (TDI !), Performances « réalistes » : algorithmes de traitement (TDI !),
bruits, biais, etc.bruits, biais, etc. – Contrôle/versatilité des conditions d’expérimentationContrôle/versatilité des conditions d’expérimentation
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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Etapes de développementEtapes de développement
3 étapes majeures :3 étapes majeures :– Stabilisation et caractérisation des bruits laser (et Stabilisation et caractérisation des bruits laser (et
optiques), validité des méthodes d’interpolation optiques), validité des méthodes d’interpolation pour TDIpour TDI
– Définition et développement d’instruments de Définition et développement d’instruments de mesure adaptés (phasemètre)mesure adaptés (phasemètre)
– Banc de mesures représentatif de LISA (3 lasers, Banc de mesures représentatif de LISA (3 lasers, retards variables, phasemètres réalistes,…)retards variables, phasemètres réalistes,…)
Court terme Mi. 2007
Moyen terme Fin 2007
Long terme2008
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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Stabilisation laser : objectifs Stabilisation laser : objectifs Nécessité de stabiliser (fréquence et amplitude) les lasersNécessité de stabiliser (fréquence et amplitude) les lasers
– échantillonnage (i.e interpolation) échantillonnage (i.e interpolation) incertitude des retards incertitude des retards f~30 Hz/f~30 Hz/√√HzHz Technique envisagée : stabilisation sur raie d’absorptionTechnique envisagée : stabilisation sur raie d’absorption
– Référence absolue (pas de dérive à long terme, facilite le verrouillage entre deux Référence absolue (pas de dérive à long terme, facilite le verrouillage entre deux stations).stations).
– Technique déjà testée et prometteuse pour LISA : expériences menées à l’OCA (A. Technique déjà testée et prometteuse pour LISA : expériences menées à l’OCA (A. Brillet, L. Mondin)Brillet, L. Mondin)
– Quelques pistes d’amélioration des performancesQuelques pistes d’amélioration des performances– Support du CNESSupport du CNES
Caractérisation du bruit laser Caractérisation du bruit laser (( simulateur) simulateur) Filtrage (analogique) adapté et échantillonnage (~1Hz)Filtrage (analogique) adapté et échantillonnage (~1Hz) Evaluation des méthodes d’interpolation Evaluation des méthodes d’interpolation (( simulateur) simulateur) Planning envisagé :Planning envisagé :
– Pré-design et commandes Pré-design et commandes : : fin 2006 fin 2006– 11èresères mesures mesures : début 2007: début 2007– Evaluation des perf. Evaluation des perf. : 1: 1erer semestre 2007 semestre 2007
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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Stabilisation laser : réalisation envisagéeStabilisation laser : réalisation envisagée
Développements supplémentaires possibles :Développements supplémentaires possibles :– Stabilisation en puissance à très basse fréquence (10Stabilisation en puissance à très basse fréquence (10 -4-4 – 1 Hz) – 1 Hz)– Stabilisation en température ?Stabilisation en température ?– Cloche à vide (turbulences) Cloche à vide (turbulences) – Iode, acétylène ?Iode, acétylène ?– ……
Cuve à Iode
λ=532nmAOM
Laser 1 Vers électronique de contrôle du
laser 1
λ=1064nm
Stabilisation laser 1
160 MHz
Signal à 20 MHz+ bruits des lasers
Cuve à Iode
λ=532nm AOM
Laser 2Vers électronique
de contrôle du laser 2
λ=1064nm
Stabilisation laser 2
80 MHz
Fin 2006 – Mi 2007
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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R&D phasemètre : position du problèmeR&D phasemètre : position du problème
Perturbations du battement hétérodyne :Perturbations du battement hétérodyne :– Décalage Doppler : variation lente (1 an) de la Décalage Doppler : variation lente (1 an) de la
fréquence (fréquence (25 Mhz sur 1 an, dépend de l’orbite)25 Mhz sur 1 an, dépend de l’orbite)– Contraste/puissance faible (faisceau distant ~70pW)Contraste/puissance faible (faisceau distant ~70pW)
Le phasemètre doit :Le phasemètre doit :– Filtrer les composantes HFFiltrer les composantes HF– Conditionner et échantillonner le signal à ~1HzConditionner et échantillonner le signal à ~1Hz
– Permettre la reconstitution de la phase àPermettre la reconstitution de la phase à ~10 ~10-6-6 (variations BF : 0,1mHz à 0,1Hz)(variations BF : 0,1mHz à 0,1Hz)
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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R&D phasemètre : études et réalisationR&D phasemètre : études et réalisation
Pré-études (théoriques) menées par E. Plagnol, P. Prat et Pré-études (théoriques) menées par E. Plagnol, P. Prat et M. AbbèsM. Abbès– Choix technologique à tester/valider (passage par zéro, transf. de Choix technologique à tester/valider (passage par zéro, transf. de
Fourier mono-canal, mélangeur ?)Fourier mono-canal, mélangeur ?)– Modélisation (transf. en Z, Laplace, etc.)Modélisation (transf. en Z, Laplace, etc.)– Simulations numériques (effet de quantification, instabilités, Simulations numériques (effet de quantification, instabilités,
précisions, etc…)précisions, etc…)
Réalisation pratiqueRéalisation pratique– Première réalisation en cours (M. Abbès : transf. de Fourier)Première réalisation en cours (M. Abbès : transf. de Fourier)– Réalisation/tests du (des) prototype(s) prévus 1Réalisation/tests du (des) prototype(s) prévus 1erer semestre 2007 semestre 2007– Choix et finalisation du phasemètre : Choix et finalisation du phasemètre : mi à fin 2007 mi à fin 2007
Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
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LISA en laboratoire : objectifsLISA en laboratoire : objectifs Reconstitution représentative du signal interférométrique :Reconstitution représentative du signal interférométrique :
– Retard de propagation des bruits (16 s !)Retard de propagation des bruits (16 s !)– Perturbations fréquentielles (Doppler, Sagnac, etc.)Perturbations fréquentielles (Doppler, Sagnac, etc.)– Simulation d’un signal gravitationnel ?Simulation d’un signal gravitationnel ?– Algorithme(s) de traitement (TDI) : performances effectives, Algorithme(s) de traitement (TDI) : performances effectives,
comparaison avec les simulations numériques.comparaison avec les simulations numériques.
Mise à disposition pour le test d’équipements et méthodes :Mise à disposition pour le test d’équipements et méthodes :– PhasemètresPhasemètres– USOUSO– TDI rangingTDI ranging– Arm lockingArm locking– ……
LISA … … en laboratoire
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LISA en laboratoire : une première idéeLISA en laboratoire : une première idée
Schéma de principe à préciser/quantifierSchéma de principe à préciser/quantifier Continuité des techniques précédentes Continuité des techniques précédentes
(stab, (stab, -mètre) + R&D (verrouillage, -mètre) + R&D (verrouillage, retards)retards)
Design et mise en place envisagés Design et mise en place envisagés à partir de fin 2007 (2008)à partir de fin 2007 (2008)
Laser 1stabilisé
AOM
Laser réf.stabilisé
AOMmètre
d/dt + 80MHzVerrouilla
ge en phase
Verrouillagelaser 2
Verrouillagelaser 3
AOMAOM
AOMAOM
Générateur de bruit basse fréq. (stat.
réaliste)
Retards numérique
s1216s
1316s
’120s
’130s
L2 local
L3 local
L2 retardé
L3 retardé
Retards simulés des bruits
L1 “local”
L1 “distant”
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Conclusions Conclusions Projet ambitieux, planning serré (implication récente de la France dans Projet ambitieux, planning serré (implication récente de la France dans
LISA)LISA) 3 phases majeures :3 phases majeures :
– Stabilisation et caractérisation des bruits laser ( Stabilisation et caractérisation des bruits laser ( 1 1erer semestre 2007) semestre 2007)
– Développement d’un phasemètre réaliste (courant 2007)Développement d’un phasemètre réaliste (courant 2007)
– Banc de test complet (à partir de fin 2007-2008…)Banc de test complet (à partir de fin 2007-2008…)
Opportunité d’apporter une contribution significative à la R&D LISA Opportunité d’apporter une contribution significative à la R&D LISA Développement instrumental combiné aux simulations numériques : Développement instrumental combiné aux simulations numériques :
particularité (avantage ?) à renforcerparticularité (avantage ?) à renforcer Nécessité d’acquérir des moyens et compétences adéquates (pas Nécessité d’acquérir des moyens et compétences adéquates (pas
d’expérience antérieure de l’APC en optique …)d’expérience antérieure de l’APC en optique …) Toutes les collaborations bienvenues au sein de LISA-France …Toutes les collaborations bienvenues au sein de LISA-France …
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