Etude en laboratoire des propriétés d’un spectromètre de Fourier hétérodyne imageur pour applications spatiales

Laboratory study of the properties of an imaging heterodyne fourier transform spectrometer for space science

• Auteur / Autrice : Cilia Damiani
• Direction : Pierre Drossart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Drossart, Benoît Mosser, Jérôme Genest, David Laubier, Thierry Viard, Jean-Pierre Rozelot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Mosser, Jérôme Genest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astronomie spatiale

Spectroscopie à haute résolution

Mots clés libres

Spectromètre imageur

Spectromètre imageur de Fourier hétérodyne

Instrumentation spatiale

Résumé

Le concept du spectromètre imageur de Fourier hétérodyne (SFHI) recèle un fort potentiel pour l’imagerie spectrale planétaire à haute résolution. C’est un instrument capable d’atteindre une haute résolution spectrale, sans partie mobile, et pour des diamètres de télescope moindre, comparés au spectromètres à réseau à fente. Embarqué en orbite planétaire, il devrait bien se prêter à l’acquisition d’images par le mode pushbroom. Il présente un avantage net sur d’autres techniques dans la spécialité de spectroimagerie à haute résolution spectrale. Cette thèse offre une validation de ce concept. Tout d'abord elle propose un cadre théorique qui permet de décrire les performances de l’instrument, et donne les connaissances nécessaires pour la caractérisation des composants en fonction des performances attendues. Les tolérances aux réglages et l’efficacité de l’instrument en fonction des paramètres du système est établi. Ensuite, elle présente la conception du banc de démonstration NeHFTIS (pour New Heterodyne Fourier Transform Imaging Spectrometer) qui a permis de valider les prédictions théoriques. Ce démonstrateur a montré qu’en utilisant des composants simples et courants, il est possible d’obtenir de bonnes performances en terme de résolution spectrale (42 000) et d’imagerie. Une série de tests variés ont mis en évidence la conformité de l’instrument au comportement théorique, dans la limite de précision des réglages. Des images spectrales fidèles ont été obtenues dans la hauteur d’une fente. Finalement, si l’opportunité d’utiliser un SFHI se présente, ce travail constituera la base d’une proposition future de recherche spatiale sur un instrument de haute performances en spectro-imagerie planétaire à haute résolution spectrale.

The concept of the heterodyne Fourier transform imaging spectrometer (SFHI, according to the French accronym) has great potential for high resolution planetary spectral imaging. It is an instrument capable of achieving a high spectral resolution, with no moving parts and for smaller telescop diameter, compared to grating spectrometers. In planetary orbit, it should be well fitted for image acquisition in pushbroom mode. It can have a neat advantage over other techniques, requiring high resolution and large throughput in a very small package. This thesis offers an experimental validation of this concept. First it presents a theoretical framework to describe the performances of the instrument, and allows the caracterisation of the components according to the expected specifications. The tolerances of the settings and the efficency of the instrument depending of the paramters is established. Then it presents the design of an optical breadboard that allowed the validation of the theoretical predictions. This breadboard has shown that using on-the-shelf compenents it is possible to obtain good performances in terms of spectral resolution (R=42 000) and imaging. A series of various tests has assessed the agreement between the instrument and the theoretical behavior, to the level of accuracy of the mechanical components. Faithful spectral images have been obtained in the height of the slit. Finally, this work will be the groundbase of a possible future proposition for space research, answering the need for a high performance instrument in the field of high spectral resolution planetary spectro-imaging.