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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/825| A polarizing Fourier transform spectrometer for atmospheric spectroscopy at millimeter wavelengths | |
| MIGUEL VELAZQUEZ DE LA ROSA BECERRA | |
| DAVID HANDEL HUGHES | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Submillimetre wave detectors Fourier transform spectrometers Atmospheric spectra | |
| This thesis describes the design, integration and characterization of a spectroscopic
system for millimeter wavelength operation based on the principles of
Martin-Puplett Fourier transform spectrometer. The initial goal of this experimental
project was to characterize the seasonal variations in the atmospheric
transmission windows above Sierra La Negra, the site of the Gran Telescopio
Milimétrico at an altitude of ~4600 m.
The detection system of the FTS-MPI, which is mounted inside a LN2/L4He
cryostat, takes advantage of a single-pixel composite bolometer operating at cryogenics
temperatures (~1.5 - 3.9 K). The bolometer is fabricated with a NTD germanium
thermistor. The thermal and electrical links are provided by NbTi wires
with a diameter of 12 µm, that define the thermal conductance of the device.
The physical parameters, such as bath temperature, thermal conductance, heat
capacity and temporal response are discussed and determined experimentally in
this work. From these parameters we are able to calculate the figures of merit of
the system, i.e. NEP and responsivity.
The design of the cold and warm electronics is described, as well as the data
acquisition system, implemented with the technology of NI-DAQ and LabView,
that allow us to record the data and to visualize the pre-processed spectra.
The spectrometer is a Martin-Puplett interferometer which uses a wire-grid
polarizer as a beam-splitter. The wire-grid polarizers are fabricated with tungsten
wire, with a diameter of 25 µm and a wire spacing of 75 µm. The final dimensions
of the interferometer optics, including the polarizers, allow us to achieve a spectral
response between 215 GHz to 2 THz. The coupling optics for the bolometer and
the FTS-MPI, as well as all the optical and mechanical parts of the interferometer
were designed and built at INAOE.
The FTS-MPI was successfully integrated and tested with the detection system
in our laboratory, and interferograms of cold-loads (LN2 sources) and of sky were obtained. The optical performance of the system was determined from the
analysis of the recorded interferograms. Finally, the computed power-spectra are
shown, which provide a confident detection of spectral features related with the
water-vapour emission of the atmosphere. Esta tesis describe el diseño, integración y caracterización de un sistema espectroscópico para su operación en longitudes de onda milimétrica, basado en los principios de un espectrómetro de transformada de Fourier Martin-Puplett. El objetivo principal de este proyecto instrumental fue caracterizar las variaciones estaciónales en las ventanas de transmisión atmosférica del cielo en Sierra La Negra, el sitio del Gran Telescopio Milimétrico a una altitud de _4600 m. El sistema de detección del FTS-MPI, el cual es montado dentro de un criostato de LN2/L4He, usa como dispositivo principal un bolómetro compuesto que opera en temperaturas criogénicas (~1.5 - 3.9 K). El bolómetro es fabricado con termistor de germanio dopado por transmutación de neutrones (NTD, por sus siglas en ingles). La uniones térmicas y eléctricas son provistas por alambres the niobio-titanio (NbTi) con un diámetro de 12 µm, que definen la conductancia térmica del dispositivo. Los parámetros físicos tales como temperatura de operación, conductancia térmica, capacidad calorífica y respuesta temporal son discutidos y determinados experimentalmente en este trabajo. A partir de estos parámetros fue posible calcular las figuras de mérito del sistema, i.e. NEP y responsividad. El diseño de la electrónica de operación en frío y ambiente está descrito, así como el sistema de adquisición de datos, implementado con la tecnología NIDAQ y LabView, que nos permitió el registro de datos y la visualización de ellos pre-procesados. El espectrómetro es un interferómetro el cual usa un polarizador de rejilla de alambre como divisor de haz. Los dos polarizadores de rejilla de alambre son fabricados con alambre de tungsteno, con un diámetro de 25 µm y un espaciamiento entre alambres de 75 µm. Las dimensiones finales de la óptica del interferómetro, incluyendo polarizadores permitió lograr una respuesta espectral de ~215 GHz - 2 THz. La óptica de acoplamiento para el bolómetro y el FTS-MPI, así como todas las partes ópticas y mecánicas del interferómetro fueron diseñadas y construidas en el INAOE. El FTS-MPI fue exitosamente integrado y probado con el sistema de detección en nuestro laboratorio e interferogramas de cargas frías (LN2) y del cielo fueron obtenidos. El rendimiento óptico del sistema fue determinado a partir del análisis de los interferogramas registrados. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2007-01 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Velázquez-Rosa-Becerra M. | |
| ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Astrofísica |
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