FWHM mesurées sur les flashers en fonction de leur angle d’incidence

Pour étudier plus précisément cette taille de PSF, il faut coupler les spots flashers avec l’angle d’incidence, la taille de la PSF étant dépendante de la position dans le champ de vue. La figure 3.60 montre les FWHM mesurées sur les flashers en fonction de leur angle d’incidence. Aucune tendance ne peut être déduite du nuage de points qui en résulte. Le petit nombre d’événements séléctionnés ne permet donc pas de conclure.

Cette étude n’est pas complète et devrait pour cela prendre en compte l’épaisseur nuageuse présente lors de ces événements, la calibration post-flight du détecteur et la longueur d’onde. Le petit nombre d’événements étudiés est aussi une source d’erreur, et une étude plus large serait à même d’apporter des informations conséquentes.

3.8

Conclusion et perspectives

Caractérisation du système optique

Les campagnes de mesures 2014 et 2015 ont permis de caractériser la PSF du sys- tème optique, taille et efficacité, à travers notamment la mesure complète de l’énergie encerclée. Les différents angles d’incidence et longueurs d’onde utilisés font de ces me- sures une caractérisation complète de l’optique à travers le champ de vue et la bande spectrale d’observation. La description de la méthode de caractérisation et les premières performances mesurées ont été décrit dans un article de proceeding de "l’Internationale Cosmic Rays Conference" de 2015[75].

Les énergies encerclées présentent toujours deux régimes : l’un a été identifié comme étant le spot focal, tandis que l’autre correspond à un fond diffus important et présent sur toute le plan focal. L’énergie encerclée correspondante augmente linéairement avec la distance au centroïde du spot, témoin d’une densité de flux diminuant en 1/r. Les performances idéales du système ont été calculées en définissant le spot focal idéal à partir des 2 régimes des énergies encerclées. Les efficacités idéales déduites valent entre 11 ± 2% et 21 ± 2% pour une taille de spot comprise entre 3.8mm et 7.9mm, dépendant de la longueur d’onde et de l’angle d’incidence. L’efficacité idéale étant mesurée dans ces différentes conditions, une distance de focalisation optimale a été définie coïncidant avec la position du détecteur pendant le vol de 440mm depuis la lentille L3. Cette distance rend le système optimal à la longueur d’onde de 365nm.

Les efficacités utiles représentant les caractéristiques du système pendant le vol 2014 ont ainsi pu être calculées et valent entre 6 ± 0.6% et 34 ± 4% en fonction de la longueur d’onde et de l’angle d’incidence. Elles ont été calculées à partir d’une région centrale de 9mm. Une efficacité optique du système pour la détection d’une gerbe atmosphérique a aussi été déduite et vaut 23 ± 3%. Cette dernière prend en compte les longueurs d’onde de fluorescence et l’efficacité le long du champ de vue.

Le champ de vue total et l’échelle focale ont aussi été mesurés et valent respectivement

10.2° ± 0.5° et 0.21° ± 0.01°/pixel. Tous ces paramètres seront utilisés par la suite dans

l’exploitation des données du vol de EUSO et notamment dans la détermination du bruit de fond UV vu depuis 38 km d’altitude.

Impact sur les performances de l’instrument

A la suite de la caractérisation du système optique, une grande différence a été remar- quée avec les caractéristiques attendues par les simulations. La distance de focalisation du système réel s’est révélée plus grande de 2 à 6% en fonction de la longueur d’onde et 2% pour la distance optimale, témoignant d’une puissance de focalisation des lentilles plus faible. Le champ de vue total mesuré est quant à lui plus grand de 63% pour une échelle focale plus grande de 28%. L’efficacité est plus faible qu’attendue à toutes les longueurs d’onde. L’efficacité issue des mesures et calculée à partir des longueurs d’onde de la fluorescence est plus faible de 45% par rapport à celle attendue. La lumière ne se retrouvant pas dans la PSF est étalée sur le plan focal à la manière d’un fond diffus. Ces

– – 0.45mm/nm 0.27mm/nm chromatique de la distance optimale champ _{> ±6° ±4° ±4° ±5.1°} de vue total échelle

>0.25°/pixel 0.17°/pixel 0.17°/pixel 0.21°/pixel

focale

taille _{<taille pixel <taille PMT 9mm RMS 9mm central} du spot

efficacité _{60% >15% 41.4% 22.7%}

dans 9mm

TABLE3.13 –Comparaison des mesures optiques et des spécifications. Les spécifications désirées ont été établies dans l’optique d’observer une gerbe atmosphérique. Les spécifications minimales sont nécessaires à la mesure du bruit de fond UV à un niveau utilisable pour JEM-EUSO. Les performances simulées sont obtenues à partir des simulations théoriques et les performances mesurées issues de la campagne de tests 2015.

différences sont présentées par les graphiques des figures 3.63 page 112 qui comparent les énergies encerclées mesurées en laboratoire et celles issues des simulations. Les mo- dèles montrent des comportements différents pour une source à 73m et pour une source à l’infini, les deux simulations sont donc présentées. De manière générale, les énergies encerclées à la distance de focalisation sont moins piquées et plafonnent à une efficacité plus faible qu’attendu. La forme de la PSF est aussi différente. Une étude approfondie de ces énergies encerclées simulées et mesurées est indispensable à la compréhension du système optique des lentilles de Fresnel.

La table 3.13 résume ces différences en comparant les paramètres vitaux du système optique théorique et mesuré, avec les spécifications de la mission. Les spécifications minimales ont été établies afin de caractériser le bruit de fond UV à un niveau utilisable par JEM-EUSO, la conception de l’instrument étant étudiée pour reproduire le même niveau de bruit de fond par pixel que celui attendu sur JEM-EUSO. Malgré la grande différence avec les valeurs théoriques, les performances mesurées remplissent largement les spécifications minimales. Le bruit de fond devrait donc être caractérisable à partir du vol de 2014.

Les spécifications dérirées sont utiles à l’observation de gerbe atmosphérique réelle. Malgré que le vol 2014 a montré que l’instrument était capable d’observer des événe- ments simulés au laser(chapitre 4), les performances sont loin d’atteindre les spécifi- cations requises. Ceci impacte directement la capacité de trigger d’événements et de

FIGURE3.61 –Présentation des deux étapes de fabrication des lentilles. Les zones de Fresnel sont d’abord