R&D autour de LISA Projets à court et long terme à lAPC Hubert Halloin APC

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


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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


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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


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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


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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)


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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


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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 …

Documents

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