Avant de décrire les méthodes utilisées pour le traitement des signaux provenant de POMM, il est pertinent de mentionner deux polarimètres dont la construction est très semblable à celle précédemment présentée.
Le premier de ces instruments, PlanetPol (Hough et al. 2006), a été utilisé comme référence pour construire POMM. Les deux fonctionnent en utilisant la même méthode ; deux canaux permettant une observation simultanée d'une étoile et du ciel, chaque canal étant formé d'un arrangement PEM-prisme analyseur-photodiode-lock-in pouvant eectuer des rotations. La prise d'observation est donc très semblable pour ces deux polarimètres. Les diérences se retrouvent majoritairement au niveau de la précision mécanique des instruments. A n de passer de la précision de PlanetPol de quelques parties par million à la précision voulue de POMM d'une partie par million, une attention supplémentaire à été donnée aux mécanismes de rotation de l'instrument pour assurer un positionnement à 0.007◦ près. POMM se veut
donc être une itération sur un concept qui s'est montré performant par le passé.
Le deuxième instrument à mentionner se nomme POLISH (Wiktorowicz et Mattews 2008). Celui-ci se base aussi sur le fonctionnement des PEMs démontré par Kemp (1969), mais possède une construction beaucoup plus compacte. Ce polarimètre a donc un seul canal pour permettre d'en diminuer le volume. De plus, seuls les PEMs peuvent eectuer des rotations, ce qui signi e que pour pouvoir obtenir des mesures complètes des paramètres de Stokes, des rotations doivent être faites au niveau de la plaque de connection du télescope. La conception à un seul canal apporte un changement majeur au niveau de la prise d'observation, du temps doit être utilisé pour observer le ciel entre les diérentes expositions a n de pouvoir élimier la polarisation du ciel lors du traitement des données. POLISH a été construit avec le même objectif de précision que POMM, obtenir des résultats de polarisation d'une partie par million sur des étoiles standards.
Il est à noter que la sensibilité des trois instruments soutient un même bût scienti que, la détection d'exoplanètes par polarimétrie. Pour être plus précis, les exoplanètes recherchées sont celles de type Jupiter-chaudes. Selon un article de Seager et al. (2000), la polarisation causée par l'interaction entre la lumière d'une étoile et une telle exoplanète devrait être de l'ordre de quelques parties par million. Dans l'objectif de détecter et de découvrir ces Jupiter- chaudes, PlanetPol, POLISH et POMM ont donc été construits.
Chapitre 3
Travaux eectués et améliorations
apportées
L'un des objectifs principaux de cette maîtrise étant de perfectionner le fonctionnement de POMM, diérentes modi cations y ont été apportées. Dans ce chapitre, les travaux portant sur la mécanique et l'électronique de l'instrument seront présentés. Il en sera aussi de même pour la caractérisation qui les accompagne. Pour en faciliter le suivi, les améliorations seront présentées en ordre chronologique.
Lors de son arrivée dans le laboratoire d'astrophysique de l'Université Laval, POMM présentait quelques problèmes qui devaient être réglés avant qu'il soit possible d'eectuer des observations avec ce dernier à l'OMM. D'un côté, la quantité de photons atteignant les détecteurs était très faible, et par la suite il a été remarqué que le bruit présent dans les données n'était pas dominé pas le bruit de photon mais par une composante électronique. Ces deux problèmes se doivent donc d'être étudiés plus en détails.
3.1 Atténuation et les prismes Glan-Thompson
La défaillance principale, observée en avril 2014 par l'équipe de Pierre Bastien, était une atténuation de l'intensité lumineuse mesurée par les détecteurs d'un facteur de l'ordre de 1000. Cette atténuation rendait presque l'entièreté du ciel indétectable pour l'instrument, la Lune et Mars pouvant à peine être observés.
A n de trouver la cause de cette perte de signal, Maxime Savard de l'INO est venu sur place avec une source laser contrôlée et un capteur CCD servant de détecteur, dans le but de caractériser la transmission de chacune des composantes optiques de POMM. Pour aider à obtenir ces mesures de façon adéquate et analogue à ce qui pourrait être obtenu au sommet du Mont-Mégantic, un simulateur de télescope à aussi été utilisé. Celui-ci est un montage optique pouvant être xé à l'entrée de l'instrument qui rend possible l'injection de sources laser via une
bre dont le faisceau se comportera comme s'il provenait d'une étoile et qu'il avait traversé le télescope de l'OMM.
La première étape de cette véri cation du chemin optique est de caractériser le simulateur de télescope a n de s'assurer de ses spéci cations et de sa transmission. En utilisant le capteur CCD, la position du foyer du montage peut être déterminée en trouvant la position où le faisceau sortant de ce dernier est à sa taille minimale. Ici, cette distance est mesurée à partir de la face inférieure de la base du simulateur. Selon les spéci cations, le foyer doit se trouver à 79.32 mm. Il est certain que les mesures prises avec un pied à coulisse ne seront pas de cette précision car la position du foyer est déterminée à l'oeil, mais elles indiqueront si le simulateur est à modi er. Ainsi, trois mesures de la position de foyer ont été eectuées et des distances de 74, 73 et 74 mm ont été obtenues. Il est donc évident que le simulateur devait être ajusté. Pour modi er la position du foyer par rapport à la base du simulateur, le tube contenant la lentille doit être glissé vers le haut du support du simulateur avant d'être à nouveau serré en place. Ce dernier a donc été bougé jusqu'à ce que le foyer se retrouve le plus près possible de 79.32 mm. Cette étape eectuée, la caractérisation peut commencer.
Pour bien connaître l'intensité du faisceau laser injecté dans les diérentes composantes, il est logique de caractériser le simulateur. Ainsi, en utilisant une bre optique pouvant être connectée à la source laser et au capteur CCD par l'autre extrémité, une intensité lumineuse de 1.01 mW a été mesurée. En envoyant le faisceau laser dans le simulateur en connectant cette fois la bre à ce dernier et en plaçant le détecteur au foyer, une lecture de 48.75 µW a été faite. Une perte de signal de 95 % est donc observée, ce qui est loin de la transmission théorique de 92 % que l'on devrait observer. Cette valeur théorique provenant des spéci cations de la seule lentille présente dans le simulateur, celle-ci a donc été retirée a n d'en mesurer le comportement. En utilisant notre valeur de référence et en projetant directement le laser sur la lentille pour le récupérer au foyer avec le CCD, une transmission d'environ 92 % a eectivement été obtenue. Cette partie du simulateur étant hors de cause, une seule autre possibilité a été envisagée dû au design simple du simulateur. Il se peut que la bre optique utilisée pour acheminer le faisceau laser n'ait pas un angle d'ouverture adapté au simulateur, ce qui causerait des ré exions et des pertes à l'intérieur du tube et qui expliquerait la performance observée. Il n'est néanmoins pas critique de déterminer la source exacte de cette atténuation considérant que la lentille fonctionne correctement et que le faisceau touchera les APDs de POMM au bon endroit. Cette perte peut être éliminée des calculs de caractérisation en utilisant l'intensité lumineuse à la sortie du simulateur au lieu de celle à son entrée. Ainsi, la recherche de la source de l'atténuation d'un facteur 1000 peut continuer dans l'instrument.
De par sa construction compacte à certains endroits, il est plus e cace de séparer la carac- térisation des composantes optiques internes de POMM en groupes, explicités visuellement à la gure 3.1. De plus, en fonctionnant ainsi, on limite les risques de désaligmements car pour placer le capteur CCD à la sortie d'une composante, il est nécessaire de retirer la suivante et
parfois plus. Le premier groupe de composantes observé est formé du PEM, des ouvertures mobiles et du prisme Wollaston du canal Ciel. Pour avoir un accès au faisceau à sa sortie du groupe, les roues à ltres et leur monture ont été retirées. Le groupe des roues à ltres d'un canal est celui dont le retrait est le plus facile et qui ne comporte aucun risque de désali- gnement, sa position étant xée à l'aide de vis qui ne lui laissent aucun mouvement possible. Comme le groupe caractérisé ici comporte le prisme Wollaston double du canal, le faisceau non polarisé du laser sera, à la suite de son trajet dans cette composante, séparé en deux faisceaux d'intensités égales. Il faut donc, à partir de ce point, tenir compte de cette particuliarité en mesurant l'intensité lumineuse, soit en incluant les deux faisceaux dans le détecteur si possible, soit en mesurant individuellement les deux et en incluant une transmission additionnelle de 50 % dans les calculs. En plaçant le capteur de sorte que les deux faisceaux le touchent, une lecture de 5.02 µW a été obtenue. Cette mesure correspond à une transmission de 91 % par rapport à l'intensité de sortie du simulateur mesurée à 5.52 µW. Il y a donc des pertes, mais celles-ci n'expliquent pas le facteur 1000 d'atténuation présent dans l'instrument.
Par souci de rigueur, une deuxième série de mesures a été prise où les deux faisceaux ont été captés individuellement en injectant une intensité d'environ 1 mW dans le simulateur, ce qui a donné des valeurs de 23.5 µW et 23.0 µW. Ces dernières sont légèrement diérentes de la mesure précédente, mais en considérant le facteur de transmission calculé pour les premières, les deux parties du faisceau devraient être mesurées à près de 21.9 µW. La légère diérence laisse croire qu'une partie du laser ne se retrouvait pas dans le détecteur lors de la mesure simultanée des faisceaux. De plus, on peut voir que l'intensité des deux faisceaux est très semblable, ce qui suggère un bon fonctionnement des prismes, les mettant une fois de plus hors de cause.
Par la suite, dans l'optique de démontrer que les roues à ltres ne sont pas les composantes qui causent la perte de signal, il a été véri é que la lumière peut bel et bien les traverser. Pour commencer, les roues du canal ciel ont été remises en place et ont été positionnées de façon à ce qu'il n'y ait aucun ltre présent dans le trajet du laser, car même sans ltres l'atténuation est présente. La caractérisation du groupe roues à ltres pose néanmoins un problème majeur ; il n'est pas possible de retirer d'autres pièces de POMM de sorte à faire une place au capteur CCD pour mesurer l'intensité des faisceaux à leur sortie des roues. Nous avons donc eu recours à des mesures visuelles de l'intensité des lasers à diérents points de leur trajet à l'aide d'un écran de verre dépoli assez mince pour s'y glisser. Cette caractérisation est loin d'être idéale, mais l'oeil est assez sensible pour facilement détecter une perte de l'ordre de 1000 fois le signal attendu. Ainsi, en déplaçant l'écran entre trois positions, devant les roues, entre les roues et à la suite des roues, il a été possible de voir que le laser ne touche pas aux parois des roues et que l'énorme atténuation de provient pas de ce point. Il faut donc chercher plus loin.
Figure 3.1 Les diérents groupes en lien avec l'optique de POMM. En vert, le groupe PEM-Diaphragmes-Wollaston. En orange, les roues à ltres. En bleu, le groupe
Glan-Thompson-Lentille-Diodes. Ces trois groupes se retrouvent dans le canal Ciel. En jaune on voit les mêmes composantes que celles encadrées en bleu mais pour le canal Objet.
À partir de ce point, il ne reste plus beaucoup de composantes sur le chemin du laser jusqu'aux détecteurs et elles sont chacune di ciles à sortir de l'instrument. Il ne reste qu'aux faisceaux à traverser le prisme Glan-Thompson et la lentille qui y est collée à sa sortie pour ensuite être interceptés par les photodiodes. De ces deux groupes de composantes, celui du prisme est à la fois le moins complexe à retirer et surtout celui dont les réparations sont les plus faciles. De plus, par élimination, si le problème de perte de lumière n'est pas causé au niveau du prisme, il provient donc des détecteurs et de leur fonctionnement. Il est donc logique de commencer par le groupe le plus facilement accessible. Il est à noter que les quatre prismes Glan-Thompson présents dans l'instrument possèdent chacun un angle auquel ils doivent être installés. Leur objectif est de neutraliser le retour des ré exions pouvant se produire au niveau de la lentille
et du détecteur les suivant en se servant du fait que la polarisation d'un faisceau lumineux est changée de 90 degrés suite à une ré exion. Donc, le prisme agit comme un polariseur linéaire, aligné dans le même sens que la lumière incidente, qui laisse totalement passer celle-ci et qui la bloque entièrement lors de son retour suite à la ré exion. Une mauvaise orientation du prisme peut alors expliquer une grande atténuation si elle est de l'ordre de 90 ou 270 degrés par rapport à la bonne position. Pour véri er l'alignement des prismes dans leur support, dès qu'un de ces derniers était retiré de POMM, son positionnement dans son support était comparé avec celui prescrit par les plans d'ingénierie de l'instrument. C'est de cette façon qu'il a été remarqué que chacun des prismes Glan-Thompson avait eectivement été placé avec une rotation de près de 90 degrés de la position attendue. Suite au repositionnement de chacun des prismes, le laser a de nouveau été injecté à l'aide du simulateur dans le canal et les mesures obtenues avec les APDs se sont montrées eectivement plus grandes du facteur 1000 attendu, et ce pour tous les détecteurs. Avec ce retour de la sensibilité de l'instrument, d'autres travaux purent être entrepris.