R&D autour de LISA Projets à court et long terme à l’APC Hubert Halloin APC
Que tester en laboratoire ? Reconstitution de la mesure interférométrique (à l’exclusion des masses inertielles) Interface entre mesures physiques et méthodes d’analyse Quelles technologies optiques/électroniques adaptées l’extraction des signaux ? Pertinence des exigences techniques actuelles (bruits, stabilisation, etc.) Banc de test représentatif en laboratoire Support pour le développement technique national et européen des éléments de LISA Interaction simulation-expérience (bruits, performances,…) Performances « réalistes » : algorithmes de traitement (TDI !), bruits, biais, etc. Contrôle/versatilité des conditions d’expérimentation Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
Etapes de développement 3 étapes majeures : Stabilisation et caractérisation des bruits laser (et optiques), validité des méthodes d’interpolation pour TDI Définition et développement d’instruments de mesure adaptés (phasemètre) Banc de mesures représentatif de LISA (3 lasers, retards variables, phasemètres réalistes,…) Court terme Mi. 2007 Moyen terme Fin 2007 Long terme 2008 Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
Stabilisation laser : objectifs Nécessité de stabiliser (fréquence et amplitude) les lasers échantillonnage (i.e interpolation) incertitude des retards f~30 Hz/√Hz Technique envisagée : stabilisation sur raie d’absorption Référence absolue (pas de dérive à long terme, facilite le verrouillage entre deux stations). Technique déjà testée et prometteuse pour LISA : expériences menées à l’OCA (A. Brillet, L. Mondin) Quelques pistes d’amélioration des performances Support du CNES Caractérisation du bruit laser ( simulateur) Filtrage (analogique) adapté et échantillonnage (~1Hz) Evaluation des méthodes d’interpolation ( simulateur) Planning envisagé : Pré-design et commandes : fin 2006 1ères mesures : début 2007 Evaluation des perf. : 1er semestre 2007 Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
Stabilisation laser : réalisation envisagée Cuve à Iode λ=532nm AOM Laser 1 Vers électronique de contrôle du laser 1 λ=1064nm Stabilisation laser 1 160 MHz Signal à 20 MHz + bruits des lasers Laser 2 Vers électronique de contrôle du laser 2 Stabilisation laser 2 80 MHz Développements supplémentaires possibles : Stabilisation en puissance à très basse fréquence (10-4 – 1 Hz) Stabilisation en température ? Cloche à vide (turbulences) Iode, acétylène ? … Fin 2006 – Mi 2007 Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
R&D phasemètre : position du problème Perturbations du battement hétérodyne : Décalage Doppler : variation lente (1 an) de la fréquence (25 Mhz sur 1 an, dépend de l’orbite) Contraste/puissance faible (faisceau distant ~70pW) Le phasemètre doit : Filtrer les composantes HF Conditionner et échantillonner le signal à ~1Hz Permettre la reconstitution de la phase à ~10-6 (variations BF : 0,1mHz à 0,1Hz) Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
R&D phasemètre : études et réalisation Pré-études (théoriques) menées par E. Plagnol, P. Prat et M. Abbès Choix technologique à tester/valider (passage par zéro, transf. de Fourier mono-canal, mélangeur ?) Modélisation (transf. en Z, Laplace, etc.) Simulations numériques (effet de quantification, instabilités, précisions, etc…) Réalisation pratique Première réalisation en cours (M. Abbès : transf. de Fourier) Réalisation/tests du (des) prototype(s) prévus 1er semestre 2007 Choix et finalisation du phasemètre : mi à fin 2007 Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
LISA en laboratoire : objectifs Reconstitution représentative du signal interférométrique : Retard de propagation des bruits (16 s !) Perturbations fréquentielles (Doppler, Sagnac, etc.) Simulation d’un signal gravitationnel ? Algorithme(s) de traitement (TDI) : performances effectives, comparaison avec les simulations numériques. Mise à disposition pour le test d’équipements et méthodes : Phasemètres USO TDI ranging Arm locking … LISA … … en laboratoire Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006
LISA en laboratoire : une première idée Laser 1 stabilisé Laser réf. stabilisé AOM d/dt + 80MHz mètre AOM Verrouillage en phase Verrouillage laser 2 Verrouillage laser 3 L1 “distant” Retards numériques L1 “local” AOM 1216s Générateur de bruit basse fréq. (stat. réaliste) Retards simulés des bruits AOM 1316s AOM ’120s AOM ’130s Schéma de principe à préciser/quantifier Continuité des techniques précédentes (stab, -mètre) + R&D (verrouillage, retards) Design et mise en place envisagés à partir de fin 2007 (2008) L2 local L3 local L2 retardé L3 retardé
Réunion LISA-France 15-16 mai 2006 Conclusions Projet ambitieux, planning serré (implication récente de la France dans LISA) 3 phases majeures : Stabilisation et caractérisation des bruits laser ( 1er semestre 2007) Développement d’un phasemètre réaliste (courant 2007) Banc de test complet (à partir de fin 2007-2008…) Opportunité d’apporter une contribution significative à la R&D LISA Développement instrumental combiné aux simulations numériques : particularité (avantage ?) à renforcer Nécessité d’acquérir des moyens et compétences adéquates (pas d’expérience antérieure de l’APC en optique …) Toutes les collaborations bienvenues au sein de LISA-France … Hubert Halloin Réunion LISA-France 15-16 mai 2006