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Applications

Calibration de spectrographe astronomique

Depuis plus d’une décennie, les peignes de fréquences laser (LFC) offrent des avantages significatifs pour la calibration de spectrographe astronomique par rapport aux méthodes traditionnelles telles que les lampes halogènes en termes de densité, de stabilité, de précision et de traçabilité des marqueurs spectraux. Seuls les LFC supportent des mesures de vitesse radiale avec une précision de quelques centimètres par seconde pour la détection d’exoplanètes terrestres et de leurs atmosphères ou pour la mesure de variation des constantes fondamentales (Huke et al., 2017). Pour faire correspondre la densité de marqueur d’étalonnage idéale d’environ 1 ligne par 2,4 éléments de résolution du spectrographe (résultant d’un compromis entre la soustraction de mélange de ligne et l’échantillonnage de haute densité) , il est nécessaire d’amincir les sources de peigne à mode verrouillé en utilisant une cavité Fabry-Pérot (FP). A titre d’exemple, l’espacement désiré pour le spectrographe de haute résolution (HIRES) pour le télescope européen extrêmement large (E-ELT) est de 7GHz entre 1155nm et 2000nm et de 20GHz entre 375nm et 435nm avec des valeurs intermédiaires de multiples entiers de 1GHz pour les autres canaux entre ceux mentionnés ci-dessus (Huke et al., 2017). Par conséquent, un peigne laser avec un taux de répétition de 1GHz est idéal car il permet de générer tous les canaux à partir d’une seule source et l’utilisation de cavités FP de filtrage appliquées aux différents canaux. Tandis que les peignes laser de taux de répétition plus faible (e.g. lasers à fibres à ~250MHz) satisferaient également cette exigence, leur taux de répétition est trop faible et présente des inconvénients significatifs par rapport à 1GHz : 1) Ils doivent être considérablement amincis, ce qui conduit à des pertes de puissance correspondante accrues qui doivent être compensées via des étapes d’amplification qui ont leurs propres problèmes supplémentaires ; 2) Le filtrage FP avec une suppression suffisante de mode latéral devient plus difficile au fur et à mesure que les modes se rapprochent et peut potentiellement conduire à des erreurs importantes d’étalonnage systématique dues aux asymétries de lignes (Huke et al., 2017), (Charsley et al., 2017).

Laser Quantum a travaillé avec deux groupes pour fournir des sources d’étalonnage pour spectrographes astronomiques. Le groupe de Derryck Reid et Richard McCracken de l’Université Heriot-Watt a construit un peigne espacé de 15GHz pour calibrer le canal rouge du spectrographe du South African Large Telescope (SALT). Pour des raisons de simplicité, ils ont utilisé un peigne avec un taux de répétition verrouillé mais avec une fréquence de décalage libre qui est suivie et ont obtenu une amélioration de l’étalonnage par un facteur de deux (McCracken et al., 2017). Le travail en cours à SALT est centré sur l’utilisation d’un peigne entièrement stabilisé et potentiellement avec un laser Titane:Saphir ayant un taux de répétition de 10GHz (modèle taccor x10 de Laser Quantum). L’image ci-dessous montre le peigne résolu à 15GHz sur l’échelle du spectrographe avec la lumière d’une lampe à décharge.

Plus récemment, nous avons collaboré avec un groupe du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics pour calibrer le spectrographe HARPS-N du Telescopio Nazionale Galileo (TNG) localisé sur l’île de Palma. Dans ce cas, le peigne laser basé sur le taccor comb de Laser Quantum – utilisant un laser taccor power 10 et une stabilisation de fréquence de décalage de notre partenaire Menlo Systems – a été entièrement stabilisé et utilisé sur une bande de 80nm centrée autour de 570nm avec une stabilité de un centimètre par seconde sur une durée moyenne d’une demi-heure (Ravi et al., 2017).

Références

1. Huke, P. et al., 2017. Optical Measurement Systems for Industrial Inspection X, Proc. SPIE. Vol. 10329

2. Charsley J. et al., 2017. Presented at: SPIE Optical Metrology

3. McCracken R. et al., 2017. Wavelength calibration of a high resolution spectrograph with a partially stabilized 15-GHz astrocomb from 550 to 890 nm. Optics Express Vol. 6450

4. Ravi, A. et al., 2017. Astro-comb calibrator using a turn-key laser frequency comb. Astro-Ph.IM https://arxiv.org/abs/1705.07192 [Accédé le 2 Octobre 2017]


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