LisaPathfinder Nos travaux à l’APC 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Introduction Lisa Pathfinder : mission technologique Phase C Participation avec l’ESA du choix de l’industriel : Contraves Suivi de réalisation du Laser Modulator Mise au point de tests Interférométrie à 1 laser Mesure des bruits (phase, fréquence) de l’interférence Participation avec l’ESA du choix de l’industriel : Contraves Suivi de la réalisation Mise au point de tests 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Synoptique fonctionnel du LM 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Interférométrie hétérodyne à 1 laser 80 MHz 80 MHz + fhet 632 nm (visible) pour alignement Laser He-Ne 1064 nm (infrarouge) Réglage du chemin optique Laser Nd-YAG AOM Isolateur Optique AOM Photodiode Signal à fhet Photodiode Signal à 80 MHz 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure du bruit de phase et de la pureté spectrale 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Tests à effectuer Tests Requirements Reflection of optical signal from the Modulator Unit back into the laser head : < -18db Spectral purity in each optical beam. Side bands : Single side band noise floor : < -100dBc < -120dBc/Hz Single side band phase noise in each optical beam < 10-6 rad/vHz Output power of the frequency-shifted optical signal at each output : (Assuming 25 mW input power) > 5 mW Difference of the optical output power between both channels : < 5 %. Variation range of the optical output power due to the AOM amplitude modulation method Control bandwidth.: < ± 20% > 50 kHz. Relative power stability of the laser radiation for each frequency (and) at the output : Ellipticity of the output optical signals : Polarization axis of the output optical signals : < 1:50 < ± 5 degrees Variation range of the optical pathlength difference by the OPDA : Control bandwidth : < ± 30 µm > 10 Hz Influence of OPDA stabilization on :-optical power variation -polarization: variation at the end of fiber (after a linear polarizer) for the full dynamic range of OPDA stabilization < 5 % 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure du bruit de phase Exigences : 10-6 radian/Hz entre 500 Hz et 5000 Hz (-120 dBc/Hz) Méthode de mesure: Détection de l’interférence entre le faisceau laser à f0 (non shifté) et le faisceau de sortie d’un AOM Détection d’un signal à 80 MHz  Diode large bande (> 80 MHz) Appareil de mesure de bruit de phase dédié (aucun analyseur de spectre n’est assez précis) Source RF avec un bruit de phase au moins équivalent: Utilisation d’un oscillateur et de multiplicateurs ultra-faible bruit de phase 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure du bruit de phase : matériel Analyseur de bruit de phase : PN8000 de chez AEROFLEX Plancher de bruit de phase : 1 kHz: -150 dBc/Hz Synthétiseur RF : 2023 de chez AEROFLEX avec option haute stabilité Bruit de phase mesuré avec PN8000 (typique): 1 kHz: -140 dBc/Hz Oscillateur ultra faible bruit de phase Wenzel : 10 MHz-SC Blue top Doubleur et quadrupleur Wenzel ultra faible bruit de phase Performance globale de bruit de Phase (typique) : 1 KHz -151 dBc/Hz 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure de la pureté spectrale Exigences: Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x fh « Sidebands mixing » 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure de la pureté spectrale Exigences: Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x fh Le plancher de bruit doit être inférieur à -120 dB/Hz « Sidebands noise floor » 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure de la pureté spectrale Exigences: Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x fh Le plancher de bruit doit être inférieur à -120 dB/Hz Principe de la mesure: Détection d’un faisceau sur une photodiode large bande (> 160 MHz) Mesure de la RF : analyseur de spectre Mesure de la BF : analyseur FFT 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure de la pureté spectrale : matériel analyseur FFT : SR770 de chez STANFORD-Research (le groupe Cosmologie en possède un) Analyseur de spectre : E4402B de chez AGILENT avec options d’extension (préamplificateur, gamme d’analyse, résolution) Gamme de fréquence d’analyse: 30 Hz – 3 GHz Résolution : 1Hz à 5 MHz Plancher de bruit (DANL): (atténuation: 0 – VBW: 1 Hz - typique) 30 Hz – 1 kHz: -130dBm/Hz 9 kHz : 149 dBm/Hz 100 kHz – 10Mhz: -162 dBm/Hz 10 MHz – 1 GHz: - 166 dBm/Hz 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Etude des AOM : bruits et temps de propagation Comparaison d’AOM : AA vs Gooch & Housego transverses vs longitudinaux Mesure des temps de propagation et temps de montée Nécessaire pour asservissement en puissance (BP>50kHz) Variation suivant type d’AOM, distance du transducteur et diamètre du faisceau 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Temps de propagation Gooch & Housego, mode transverse : 6,43 μs (BP=20 kHz) AA, mode transverse : Environ 4 μs 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Comparaison d’AOM Mode transverse Mode longitudinal Bande passante - + Puissance électrique Pureté spectrale Efficacité 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Fin Travaux futurs : Bientôt : meilleure installation Mesure de phase Interférométrie multi-lasers Bientôt : meilleure installation 9 mai 2006 Olivier Jeannin

Mesure de phase : matériel Mesure de phase: 53132A de chez AGILENT avec option ultra haute stabilité: Résolution temporelle : 150 ps Résolution de mesure de phase: 0.001° @ f = 1 kHz Stabilité: Par jour: <1x10-10 9 mai 2006 Olivier Jeannin