Un brevet du Laboratoire d'Electronique de Technologie de l'Information (LETI) et du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA-DAPNIA concernant un procédé original pour la détection du rayonnement dans l'infrarouge lointain a été déposé en décembre 2002 et vient d'être rendu publique. Il rend possible la détection de la lumière infrarouge aux plus grandes longueurs d’onde (de 800 microns vers le mm) par des détecteurs de type "bolomètres" qui mesure l'élévation de température d'un matériau. Il s'agit d'une innovation importante obtenue à l'issue d'une étude réalisée pour les instruments scientifiques d'une mission spatiale en préparation.
Le Service d'Astrophysique (SAp) du CEA-DAPNIA participe actuellement à la réalisation des instruments scientifiques qui seront embarqués à bord du satellite Herschel, le futur observatoire spatial de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), dont le lancement est prévu pour 2007.
Ce satellite équipé d’un télescope de 3,5 mètres de diamètre observera l’Univers dans les domaines infrarouge lointain et submillimétrique (60 microns – 670 microns). Il permettra notamment d’étudier la formation des galaxies et des étoiles. Les détecteurs traditionnellement utilisés pour l’imagerie dans cette gamme de longueur d’onde sont des bolomètres. Ces détecteurs mesurent l'intensité du rayonnement infrarouge grâce à l’élévation en température d’un matériau absorbant.
Le LETI/LIR à Grenoble associé au SAp a développé des bolomètres de nouvelle génération, très sensibles car ils permettent de détecter des variations de flux infrarouge de quelques fractions de picoWatt, soit plus de mille milliards de fois plus faible que la puissance émise par une simple ampoule ! Ils sont disposés sous forme de matrice, comme les capteurs électronique dits "CCD" dans le domaine visible. Les bolomètres du CEA vont équiper le plan focal de PACS, l’un des trois instruments d’Herschel, et permettront de faire de l’imagerie dans la gamme 60-210 microns.
Matrice de 256 bolomètres développée pour Herschel- Pacs.
Parallèlement à ce développement, une étude a débuté en 2002 concernant l’utilisation de ces matrices pour la détection de plus grandes longueurs d’onde (de 800 microns vers le mm). Ces longueurs d’onde sont accessibles depuis le sol dans d’étroites fenêtres spectrales où l’atmosphère est transparente. Elles sont complémentaires des observations que réalisera Herschel depuis l'espace. Le procédé original trouvé lors de cette étude consiste à placer une couche d’un (ou plusieurs) matériau diélectrique sur la face avant des matrices de bolomètres. Ce dispositif agit alors comme un anti-reflet pour l’onde incidente et permet d’obtenir une absorption optimale dans la gamme spectrale désirée. Des pics d’absorption “parasites” apparaissent à d’autres longueurs d’onde, mais peuvent être minimisés par l’utilisation de filtres optiques.
A droite l'efficacité en fonction de la longueur d'onde des matrices de bolomètres réalisés pour le satellite Herschel. A gauche, la modification de cette efficacité par l'adjonction d'une couche de materiau "anti"reflet". L'efficacité est considérablement renforcée à grandes longueurs d'onde, en particulier vers 850 microns, un domaine observable depuis le sol.
L’avantage majeur de ce procédé est sa simplicité de réalisation. La seule modification par rapport aux matrices de PACS est l’ajout de cette couche diélectrique (d’épaisseur bien définie). Les moyens de test, l’électronique de lecture ainsi que les logiciels de traitement développés pour PACS peuvent donc être utilisés sans modifications majeures pour ces nouveaux détecteurs.
Le brevet LETI/SAp a été déposé en décembre 2002. Le dispositif est actuellement en caractérisation en laboratoire avant d’être testé en conditions réelles sur un télescope au sol.
Contacts :
SAp :
;
LETI :
