De nouveaux détecteurs supraconducteurs pour les futures missions spatiales
Jusqu'à maintenant, le choix des technologies de détection disponibles dans les longueurs d'ondes de l'infrarouge lointain et millimétriques était limité et les systèmes de détection étaient coûteux à mettre en œuvre. Les détecteurs à inductance cinétique constituent une technologie relativement nouvelle de détecteurs supraconducteurs capables de détecter un rayonnement électromagnétique des longueurs d'ondes comprises entre 30 µm et 3 mm. Avant le projet SPACEKIDS (Kinetic inductance detectors – A new imaging technology for observations in and from space), des concepts opérationnels de base avaient été démontrés pour des utilisations terrestres. Bénéficiant d'un financement de l'UE, le projet a cherché à faire franchir une nouvelle étape à la technologie des détecteurs à inductance cinétique. Des groupes de recherche de premier plan en provenance de quatre pays européens ont uni leurs efforts pour élargir les capacités des détecteurs dans l'infrarouge lointain. Ils se sont concentrés sur les développements nécessaires pour utiliser ces détecteurs dans une nouvelle génération d'instruments spatiaux. Pour optimiser les performances des détecteurs, ils ont exploré divers matériaux de détection. Les tests ont montré que des films en aluminium peuvent atteindre la sensibilité requise sur l'intégralité du spectre allant de l'infrarouge lointain au millimètre. Les performances des détecteurs à inductance cinétique en présence d'un flux de rayons cosmiques, représentatives de différents environnements spatiaux, ont été optimisées grâce à la modélisation et aux tests. Par ailleurs, les chercheurs ont procédé à l'optimisation détaillée du couplage d'un rayonnement électromagnétique à différentes implémentations de détecteurs à inductance cinétique (couplés à une antenne et à des éléments localisés). Ils ont également identifié plusieurs concepts de mission spatiale dans les domaines de l'astronomie et de l'observation de la Terre, pour lesquels ces détecteurs pourraient constituer un choix concurrentiel. Ils ont analysé plusieurs scénarios de mission, en définissant à chaque fois leurs besoins en termes de détecteurs à inductance cinétique. Au final, ils ont développé pour ces détecteurs des designs de pixel et de matrice ainsi que l'électronique de lecture nécessaire pour détecter un nombre élevé de pixels dans un environnement à faible bruit de fond (typique des applications astrophysiques) et à fort bruit de fond (typique des observations sur Terre). L'équipe de SPACEKIDS a utilisé deux démonstrateurs en laboratoire pour évaluer les caractéristiques et les performances des matrices de détecteurs à inductance cinétique dans l'environnement spatial. Les bons résultats obtenus ouvrent la voie à une nouvelle génération d'instruments scientifiques, ce qui laisse augurer une meilleure compréhension de notre planète et de l'Univers.
Mots‑clés
Missions spatiales, détecteurs à inductance cinétique, infrarouge lointain, longueurs d'ondes millimétriques, SPACEKIDS
