Préparation de la mission Athena : Développement d’une électronique de contrôle pour la lecture multiplexée en fréquence d’une matrice de calorimètres de type TES.

Student : Paul GUMUCHIAN

Advisor : Laurent RAVERA

Co-advisor : François PAJOT

Start : Octobre 2016

Group : GAHEC

Le sujet proposé porte sur le développement d’une électronique de contrôle et de lecture d’une matrice de détecteurs supraconducteurs TES avec multiplexage en fréquence pour le futur observatoire spatial Athena (Mission L2 de l’ESA).

Athena est la mission qui répondra aux questions posées par la thématique « l’Univers chaud et énergétique » grâce à une optique X de 2 m2 de surface efficace (à 1 keV) et à une focale de 12 m. Un de ses deux instruments focaux, le X-IFU, est un spectro-imageur X cryogénique dont le responsable scientifique (PI) est à l’IRAP et dont le développement est piloté par le CNES. Il utilise des détecteurs de type microcalorimètres à TES opérés à 100 mK et il permettra d’atteindre une résolution spectrale de 2,5 eV et une résolution angulaire de 5 arc-secondes sur un champ de vue de 5 arc-minutes de diamètre.

Dans le cadre du projet Athena, l’IRAP est en charge de développer la « Digital Readout Electronics » (DRE) du X-IFU. Ce sous-système assure le contrôle et la lecture de 3840 détecteurs supra-conducteurs TES (Transition Edge Sensors). Pour cela il assure le multiplexage en fréquence des détecteurs et il réalise l’asservissement des SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Device), circuits de lecture des TES. Le DRE réalise du traitement du signal, pour une partie de manière analogique (filtrage et amplification), mais surtout de manière numérique (filtrage numérique, décimation, asservissement, …). Ces fonctions complexes ont un impact crucial sur le respect des spécifications du DRE (performances, consommation, masse, …).

Le travail de thèse portera sur la modélisation, la caractérisation et l’optimisation du DRE. L’étudiant participera aux études des différents trade-offs qui permettront de définir l’architecture du sous-système. Il participera également aux essais des différents modèles du DRE au niveau sous-système et au niveau instrument (DRE intégré avec une chaîne de détection complète).

Ce développement est mené en collaboration étroite avec le SRON (Pays Bas) qui est responsable du plan focal du X-IFU mais surtout avec le CNES qui est, entre autre, responsable des activités d’intégration et de validation.

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