Thèse de doctorat en électronique d`instrumentation scientifique

Thèse de doctorat en électronique d’instrumentation scientifique spatiale
Développement d’une électronique de contrôle pour la lecture multiplexée en fréquence
d’une matrice de calorimètres de type TES
Spécialité : Micro et Nanosystèmes
MICROTEC, PME de 100 personnes, partenaire majeur des grandes entreprises du spatial reconnu pour la qualité de
ses prestations, est en forte croissance. Pour renforcer et structurer notre développement à moyen terme, nous coencadrons avec l’IRAP et cofinançons, avec le CNES, une thèse de doctorat préparée au sein du laboratoire IRAP.
L’IRAP, laboratoire disposant d’équipes de premier plan en instrumentation scientifique spatiale, est chargé, dans le
cadre de la mission ATHENA et plus précisément de l’instrument X-IFU, du développement d’une électronique de
contrôle pour la lecture multiplexée en fréquence d’une matrice de calorimètres de type TES.
Le CNES, outre le cofinancement de la thèse, est responsable, entre autres, des activités d’intégration et de
validation.
Ces partenaires recherchent un doctorant pour la préparation de la mission spatiale ATHENA.
Mots clefs
Spectro-imageur X, multiplexage en fréquence, traitement du signal
Laboratoire
d’accueil
IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie)
Responsables
François Pajot : Directeur de recherches au CNRS,
[email protected],
05 61 55 68 01.
Laurent Ravera : Ingénieur de Recherches au CNRS,
[email protected],
05 61 55 87 56.
9 avenue du colonel Roche, BP44346, 31028 Toulouse Cedex 4.
Profil du candidat
Ingénieur électronique Grandes Ecoles, Master 2 ou Master Recherche en électronique.
L’étudiant doit avoir de très bonnes connaissances en électronique d’une manière générale
et plus particulièrement en électronique numérique.
Il doit également avoir de très bonnes connaissances en traitement du signal (filtres
numériques, systèmes asservis, ...).
Sujet détaillé
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.
Candidature à envoyer à [email protected] – Réf. de l’offre à rappeler dans l’objet : X-IFU