Évaluation de la réponse spectrale des éléments GRISM et PRISM du télescope spatial Nancy-Grace-Roman

Le réseau d'éléments Grism et Prism du télescope spatial Roman permet une spectroscopie sans fente et multi-objets sur l'ensemble de son instrument à grand champ. Ces composants sont essentiels pour les relevés visant à explorer la croissance et l'histoire cosmologique de l'univers.

Des instruments tels que le filtre accordable par raie laser (LLTF) sont utilisés pour mesurer avec précision le rendement spectral et les flancs de bande passante des composants optiques entre 800 et 1800 nm..

Le dispositif de test, conçu par une équipe d'experts du Goddard Space Flight Center (Bray et al.), garantit la précision des mesures de décalage vers le rouge (redshift) de millions d'objets cosmiques. Cette configuration de haute précision soutient les objectifs du télescope dans la recherche sur l'énergie sombre et l'exploration des exoplanètes.

Introduction

Le télescope spatial Nancy-Grace-Roman répond à des questions astrophysiques fondamentales, telles que la compréhension de la démographie des exoplanètes et l'étude des modèles d'énergie sombre et d'accélération cosmologique. L'un de ses principaux objectifs scientifiques est de mesurer les décalages vers le rouge (redshifts) spectroscopiques et de collecter des données de classification pour des millions d'objets tout au long de la mission.

Les réseaux d'éléments Grism et Prism, composants spectroscopiques essentiels à bord du télescope, font partie intégrante du succès de cette mission. Ces ensembles optiques permettent de mesurer précisément le décalage vers le rouge en décomposant la lumière en ses composantes spectrales. Par conséquent, une caractérisation précise de leur rendement spectral total et de leurs flancs de bande passante, en particulier dans la gamme de longueurs d'onde allant de 800 nm à 1800 nm, est indispensable pour garantir l'exactitude des résultats astrophysiques.

Source accordable pour la caractérisation des propriétés des réseaux d'éléments Grism et Prism

Afin d'évaluer avec précision le rendement spectral total et les flancs de bande passante des réseaux d'éléments Grism et Prism, les chercheurs de la NASA ont développé un dispositif de test combinant une source supercontinuum et le filtre accordable par raie laser (LLTF) de Photon etc. Cette configuration permet de créer une source de lumière accordable à bande étroite pour des mesures spectrales de haute précision

Le banc d'essai est également équipé de:

• Un détecteur de référence en amont et un spectromètre à transformée de Fourier, permettant de corriger les fluctuations de la source supercontinuum afin de garantir des mesures stables et précises.
• Un masque sur mesure, conçu pour limiter la lumière incidente à des zones spécifiques de la pupille. Cela permet une normalisation adéquate entre les mesures avec et sans composant optique (optic-in / optic-out).
• Un hexapode au point focal en aval, conçu pour recevoir les appareils de mesure tels que des caméras, des wattmètres optiques et des sphères d'intégration, selon les exigences du test en cours.

Vous trouverez ci-dessous le schéma du banc d'essai ainsi qu'un échantillon des résultats de la caractérisation des flancs de bande passante du réseau d'éléments Prism

Figure 1. Vue de dessus simplifiée du dispositif utilisé pour mesurer les propriétés spectrales des réseaux d'éléments Grism et Prism du RST. Crédit image : Article

Un exemple typique des résultats obtenus par l'équipe du Goddard Space Flight Center, montrant les mesures des flancs de bande passante pour le prisme, est présenté dans les figures 2 a et b ci-dessous

Figure 2. Deux graphiques illustrant le profil de transmission du prisme près des flancs (a) bleu et (b) rouge pour un état de polarisation unique en position sur axe. Crédit image : Article

Pourquoi le LLTF?

• Les réseaux de Bragg à haute résolution situés à l'intérieur du LLTF produisent une raie d'émission étroite, parfaitement adaptée aux mesures précises des variations rapides du rendement spectral près des flancs de la bande passante du prisme.
• La large réponse spectrale de 700 nm à 1900 nm, offerte par un seul et unique filtre accordable, permet de simplifier considérablement le dispositif expérimental

Autres applications du LLTF dans le domaine des essais non destructifs

• Wide-range wavelength and angle-resolved light scattering measurement setup : Il permet la caractérisation spectrale et angulaire de la lumière diffusée par les filtres en couches minces de 400 à 1650 nm. Ce dispositif réalise des mesures précises de la lumière diffusée, ce qui le rend particulièrement précieux pour évaluer les performances optiques, notamment dans le cas des filtres complexes utilisés dans des applications telles que l'observation de la Terre.

• Calibration of Near-Infrared Detectors Using a Wavelength Tunable Light Source : L'étalonnage précis des détecteurs optiques est essentiel pour garantir la fiabilité de la caractérisation optique en métrologie. Cet article présente une méthode d'étalonnage innovante utilisant un laser supercontinuum (SC) associé à un filtre accordable par raie laser (LLTF), fournissant une lumière accordable de 800 à 2000 nm. Ce dispositif offre une précision accrue, une puissance supérieure et une bande passante spectrale plus étroite, réduisant l'incertitude de la source à environ 2,3 %, ce qui surpasse les performances des systèmes traditionnels basés sur des lampes