Les mesures de r´eponse

Nous appelons r´eponse l’aptitude d’un bolom`etre `a convertir une variation de flux en une variation de signal ´electrique. Elle est exprim´ee en [V/W]. Pour la mesurer, nous utilisons deux sources maintenues `a des temp´eratures diff´erentes, autour de 30 K, qui ´emettent un spectre de corps noir, ainsi qu’un chopper pour moduler le flux incident sur le plan focal. La r´eponse des bolom`etres < est obtenue en divisant l’amplitude du signal ´electrique ∆Signal par l’amplitude de la modulation de flux ∆flux qui a g´en´er´ee ce ∆Signal :

< = ∆Signal / ∆flux [V/W] (5.2)

Nous verrons dans la section 5.2 que la r´eponse des bolom`etres ne varie pas lin´eairement avec le flux incident, nous choisissons donc une modulation de faible amplitude (∆flux = 0.5 pW/pixel) pour nous assurer que nous mesurons effectivement la r´eponse sans la sous-estimer. Nous savons ´egalement d’apr`es la section 2.1.2 que la r´eponse des bolom`etres chute avec la fr´equence de modulation. En effet, lorsque le flux lumineux ´evolue plus vite que la constante de temps du bolom`etre, le pixel n’a pas le temps de se thermaliser, et l’amplitude du signal est alors sous- estim´ee. Par cons´equent nous d´ecidons de moduler le signal `a une fr´equence de 0.5 Hz, fr´equence `a laquelle les effets de la constante de temps sont n´egligeables. D’autre part, la r´eponse varie avec le coefficient α = _R1∂R_∂T tel que d´efini dans la section 4.1.1 ; les param`etres susceptibles d’influencer la r´eponse des bolom`etres sont donc ceux qui peuvent changer la temp´erature de fonctionnement des bolom`etres ou plus g´en´eralement leur imp´edance. Les deux param`etres principaux que nous allons explorer sont le flux incident sur le plan focal, et la tension de polarisation qui d´etermine l’´energie ´electrique dissip´ee au niveau de l’absorbeur de rayonnement ainsi que l’amplitude de l’effet de champ (cf ´equation 3.4).

Lors de la campagne d’´etalonnage du Photom`etre PACS au MPE, nous avons effectu´e des mesures de r´eponse syst´ematiques pour 24 valeurs de la tension de polarisation et pour 7 va- leurs de flux incident pour chaque BFP. Chacune de ces tensions a ´et´e g´en´er´ee par le programme d´ecrit dans la section 4.4. Pour chaque configuration (tension, f lux), nous enregistrons le signal modul´e pendant 4 minutes, nous mesurons l’amplitude de la modulation pour chacun des cycles chopper, et nous gardons la moyenne de ces amplitudes comme ´etant l’amplitude associ´ee `a la configuration (tension, f lux) test´ee. Notez que sur une dur´ee de 4 minutes la d´erive du gain des d´etecteurs est n´egligeable. La figure 5.1 montre le r´esultat de nos mesures pour une matrice du BFP bleu en mode de lecture direct. Chaque point de la figure est la moyenne spatiale des am- plitudes mesur´ees sur les 256 pixels d’une mˆeme matrice. Les r´esultats sont donc repr´esentatifs du comportement global de la matrice. Chacune des courbes repr´esente l’´evolution de la r´eponse en fonction de la tension de polarisation pour un flux donn´e.

Fig. <sub>5.1 ´Evolution de la r´eponse des bolom`etres en fonction de la tension de polarisation et</sub> du flux incident en mode direct. Chaque point correspond `a la moyenne spatiale des r´eponses obtenues pour une mˆeme matrice du BFP bleu. Les r´eponses sont mesur´ees pour une modulation en flux de 500 fW/pixel pour un fond de 1 `a 7 pW/pixel comme indiqu´e dans la l´egende. Voir le texte pour l’interpr´etation de ces courbes.

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A tension constante, la temp´erature du bolom`etre est une fonction croissante du flux incident absorb´e. Il en r´esulte que la r´eponse chute avec le flux incident comme indiqu´e sur la figure 5.1. Ceci est vrai pour toutes les tensions de polarisation (les courbes ne se chevauchent pas). `A flux constant, notez la forme caract´eristique des courbes : la r´eponse augmente avec la tension de polarisation appliqu´ee au bolom`etre, atteint un maximum, puis retombe aux fortes polarisations ; et ce pour deux raisons. D’une part, plus le bolom`etre est polaris´e et plus la modulation du signal de sortie peut ˆetre grande. En d’autres termes, l’amplitude des excursions de point milieu engendr´ee par une modulation de flux donn´ee augmente avec la tension fournie au bolom`etre ; c’est-`a-dire que la r´eponse augmente avec la tension de polarisation (de 0 `a ∼2 V). D’autre part, la raison pour laquelle les courbes de r´eponse fl´echissent aux fortes tensions de polarisation tient au fait que l’imp´edance des thermom`etres chute avec la temp´erature et le champs ´electrique comme indiqu´e dans l’´equation 3.4. La chute de r´eponse correspond donc `a un d´eplacement du point de fonctionnement des bolom`etres sur les courbes de la figure 3.8 (r´eponse ∼ ∂R/∂T ), ce d´eplacement ´etant dˆu `a l’´echauffement du thermom`etre et au fort champ ´electrique appliqu´e `a ses bornes. Par ailleurs, la stabilit´e du gain des d´etecteurs durant les mesures

120 Chapitre 5: Les mesures de performance

Fig. _{5.2 Distribution spatiale de la r´eponse sur le BFP bleu pour une tension de polarisation} de 2.7 V, un flux de 2 pW/pixel et une modulation de 0.5 pW/pixel. L’histogramme de droite montre la dispersion de r´eponse sur cette carte.

donne des courbes lisses et peu bruit´ees. Remarquez toutefois la discontinuit´e des courbes de r´eponse entre 1 et 0.5 V de tension. Cette discontinuit´e est certainement due au fait que les points milieux doivent toujours d´epasser quelques centaines de mV pour atteindre BOLC sans ˆetre alt´er´es (cf sections 4.2 et 4.3).

La distribution spatiale de la r´eponse sur le BFP bleu et sa dispersion sont pr´esent´ees dans la figure 5.2 pour une tension de polarisation de 2.7 V et un flux incident de 2 pW/pixel. Cette configuration est repr´esentative des conditions d’op´eration de PACS. La r´eponse moyenne est de 3 × 1010 V/W, environ deux ordres de grandeur sup´erieure `a la r´eponse des bolom`etres r´esistifs traditionels (Turner et al. 2001). C’est l’utilisation de thermistances `a tr`es haute imp´e- dance qui explique la tr`es grande r´eponse des bolom`etres.