Uniformité

Des mesures avaient aussi été réalisées pour tester l’uniformité de la réponse spectrale de l’instrument autour de 17,4 nm de longueur d’onde. Ces mesures ont été prises pour un faisceau dirigé dans les

(a)

Chapitre 4. Etalonnage du télescope EUV Full Sun Imager de Solar Orbiter

courtes longueurs d’onde par rapport à l’efficacité mesurée en R=0 mm, comme ce que nous avions modélisé avec le miroir.

Figure 87. Mesures d'efficacité de FSI en uniformité autour de la longueur d'onde de travail à 17,4 nm

On a alors considéré la position extrême à 33 mm du centre du miroir pour mesurer à nouveau l’efficacité de l’instrument complet avec ce nouveau paramètre. Dans la section dédiée au revêtement multicouche du miroir de FSI, on a vu qu’un gradient d’épaisseur des couches minces déposées existe et induit une différence sensible de réflectivité du miroir entre son centre et ses bords. C’est donc la réponse en réflectivité du miroir à 33 mm que nous prenons en compte pour calculer la nouvelle réponse spectrale en efficacité excentrée de l’instrument.

Figure 88. Mesures d'uniformité de l'efficacité de FSI aux quatre coins du détecteur comparées aux simulations d’efficacité établies en considérant les performances du miroir bi-bande en son centre (R=0mm) et sur ses bords (R=33mm)

Si l’on compare ce nouveau modèle aux mesures aux quatre coins de l’instrument (Figure 88), on constate bien une translation du pic d’efficacité vers les courtes longueurs d’ondes en accord avec les

Chapitre 4. Etalonnage du télescope EUV Full Sun Imager de Solar Orbiter

mesures excentrées, et la bande passante du pic modélisé est similaire au pic mesuré que l’on fasse la simulation avec le filtre Al/Zr #13 ou #25 étant donné qu’ils sont très similaires. L’intensité est cependant inférieure à la mesure dans les deux cas à cause de l’indice optique de l’aluminium qui sous-estime la réponse en réflectivité du miroir autour du seuil L2,3 comme nous l’avons observé au préalable sur la modélisation du miroir Al/Mo/SiC. Pour prendre en compte cet effet de bord dans le traitement des images prises par FSI, nous mettrons à disposition un fichier combinant les mesures et les modélisations à R = 33 mm pour le cas extrême en plus des fichiers de réponse spectrale en position nominale à R = 0 mm.

3.

C

Dans ce chapitre, nous avons exposé une méthodologie en plusieurs étapes pour proposer une modélisation fiable de la réponse spectrale étendue sur toute la gamme EUV du télescope plein champ Full Sun Imager de la mission Solar Orbiter. Il est à noter que nous ne nous sommes exclusivement intéressés qu’au télescope en lui-même. Les détecteurs ont été caractérisés indépendamment, et des mesures au-delà de 40 nm devraient être effectuées prochainement sur des modèles de rechange.Pour l’étalonnage radiométrique présenté dans ce chapitre, nous avons d’abord modélisé la réponse en transmission et en réflectivité de chaque composant optique, filtres et miroir, de l’instrument en nous basant à la fois sur les conclusions liées à l’état de l’art des indices optiques du chapitre 3, et également sur les données mesurées des témoins de vol. Une fois ces réponses spectrales déterminées, nous avons ensuite modélisé la réponse spectrale en efficacité totale de FSI sur l’ensemble de la gamme EUV. La comparaison aux mesures expérimentales partielles de l’instrument effectuées au synchrotron PTB et sur la ligne de qualification EUV de l’IAS, nous a permis de conclure quant à la fiabilité des modélisations pour l’étalonnage du Full Sun Imager en position nominale et excentrée. Pour finir, ces données seront prochainement mises à disposition en ligne afin de permettre l’analyse des images acquises par FSI. La méthodologie développée dans le cadre de ces travaux de thèse sera également appliquée à l’étalonnage radiométrique du télescope imageur HRIEUV.

Les premières images du Full Sun Imager révélées en juillet 2020 indiquent le bon fonctionnement du télescope. On observe sur ces images prises à 0,5 unité astronomique du Soleil, les différentes structures de l’atmosphère selon la longueur d’onde d’observation dans l’EUV (Figure 89 (b) & (c)). La résolution atteinte est déjà au moins équivalente aux performances du télescope EIT de SoHO [1]. Les premières images prises par HRIEUV en juin 2020 ont révélé l’efficacité de tels

Chapitre 4. Etalonnage du télescope EUV Full Sun Imager de Solar Orbiter

Les prochaines années s’annoncent prometteuses car le satellite se rapprochera jusqu’à 0,3 unité astronomique du Soleil, survolera ses pôles pour la première fois de l’Histoire, et on sait désormais que la qualité des optiques permettra certainement d’obtenir des images exceptionnelles riches d’informations.

Figure 89. (a) Premières images du télescope High Resolution Imager EUV / Solar Orbiter prises à 17,4 nm de longueur d’onde. Les flèches indiquent les « feux de camps » observés dans l’atmosphère solaire. Les deux premières images (b) & (c) du Full Sun Imager à 17,4 nm (bleu) et 30,4 nm (orange), zone centrale du détecteur 1024x1024 pixels (le détecteur complet fait 3k x 3k), soit la résolution de EIT/SoHO – 13 mai 2020.

(a)

(b)

CHAPITRE 5. NOUVEAUX MIROIRS INTERFERENTIELS EFFICACES DANS

L’EXTREME ULTRAVIOLET

Comment développer des revêtements interférentiels efficaces au-delà de 40 nm de longueur d’onde dans l’EUV ? Quelles sont les différentes étapes du processus de développement ? Quels sont les effets de la microstructure et des interfaces des systèmes multicouches sur leurs performances dans l’extrême ultraviolet ?

Dans ce cinquième chapitre, nous présentons une étude complète sur le développement et la caractérisation de nouveaux miroirs interférentiels efficaces dans l’extrême ultraviolet. A partir des travaux sur les indices optiques décrits dans le chapitre 3 et d’un état de l’art des multicouches dans l’EUV, nous avons constaté que peu de miroirs efficaces ont pu être développés au-delà de 40 nm de longueur d’onde, d’où l’absence d’instruments d’observation solaire dans cette région spectrale. Nous avons donc recherché les combinaisons de matériaux les plus prometteuses pour atteindre de hautes performances dans cette gamme, et nous nous sommes notamment intéressés aux revêtements à base d’aluminium et de scandium.

Les multicouches périodiques Al/Sc ont d’abord été fabriqués par pulvérisation cathodique magnétron au laboratoire. Ils ont ensuite été caractérisés par réflectométrie X en incidence rasante, microscopie électronique en transmission, diffraction d’électrons et diffraction X aux grands angles, et par spectroscopie de photoélectrons X. Nous avons ainsi pu étudier l’effet de couches barrière en SiC aux interfaces, et la stabilité temporelle de ces revêtements. Les performances en réflectivité dans l’EUV de ces systèmes multicouches ont été mesurées au synchrotron Advanced Light Source (ALS, Berkeley – Californie, US) sur la ligne de réflectométrie 6.3.2.

Les données analysées des différents échantillons nous ont amené à considérer les effets d’interface dans nos simulations pour obtenir un accord plus précis entre modèles et résultats expérimentaux, et ce malgré les limitations liées aux indices optiques au-delà de 40 nm. A partir de ces résultats, nous avons proposé des revêtements Al/Sc, ainsi que des systèmes à trois matériaux comme Al/Sc/SiC et Mo/Al/Sc optimisés pour atteindre de hautes performances au-delà de 40 nm de longueur d'onde. Nous conclurons ce chapitre sur l’intérêt de ces nouveaux systèmes multicouches pour les futures générations d’instruments EUV pour la physique solaire, les lasers EUV, ou encore la physique attoseconde.