151. Concept design of low frequency telescope for CMB B-mode polarization satellite LiteBIRD
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Mario G. Lattanzi, Carlo Baccigalupi, François Levrier, J. M. Duval, J. Austermann, M. Brilenkov, B. Thorne, Eiichiro Komatsu, D. Rambaud, T. Nagasaki, Peter Shirron, H. Imada, Nozomu Kogiso, Jeff Van Lanen, H. Takakura, T. Kawasaki, Lionel Duband, Ingunn Kathrine Wehus, Y. Hoshino, Tadayasu Dotani, Enrique Martinez-Gonzalez, Tucker Elleflot, S. Beckman, T. Kaga, Shogo Nakamura, A. Kato, Giorgio Savini, S. Bounissou, S. Mandelli, Peter Charles Hargrave, Francois Boulanger, Julien Grain, S. Realini, Reijo Keskitalo, Bruno Maffei, Y. Nagano, Davide Maino, D. Herman, Michael R. Vissers, B. Mot, R. Banerji, N. Katayama, James A. Beall, Johannes Hubmayr, Tomotake Matsumura, Shugo Oguri, G. Patanchon, S. Basak, S. Takakura, Créidhe O'Sullivan, Massimo Gervasi, Y. Takase, S. Stever, A. Carones, Raphael Flauger, F. J. Casas, T. de Haan, Yasuhiro Murata, T. Prouvé, Douglas Scott, P. Vielva, Toshiya Namikawa, Mayu Tominaga, Yuki Sakurai, Luca Lamagna, Eric Hivon, S. Nerval, Ken Ebisawa, Noriko Y. Yamasaki, Julian Borrill, Shingo Kashima, Hajime Sugai, M. De Petris, R. Nagata, Ted Kisner, D. W. Curtis, A. Mennella, P. de Bernardis, Alexandre E. Adler, Misao Sasaki, Jiansong Gao, Kam Arnold, K. Ganga, T. Ghigna, Kazunori Kohri, Ben Westbrook, R. Aurlien, T. Toda, Yasuhiro Takeda, U. Fuskeland, Alessandro Gruppuso, Giuseppe Puglisi, A. Ritacco, I. Kreykenbohm, C. Leloup, M. A. Dobbs, Jochen Weller, Joel N. Ullom, Chao-Lin Kuo, M. Migliaccio, Charles A. Hill, E. Allys, Nicola Vittorio, T. Yoshida, R. Takaku, Thomas Essinger-Hileman, Alessandro Paiella, J. Aumont, Berend Winter, Junji Yumoto, Yutaka Terao, Aritoki Suzuki, T. Hasebe, Toshiyuki Nishibori, A. Cukierman, P. Campeti, Y. Hirota, Alan J. Kogut, Josquin Errard, S. Sugiyama, L. P. L. Colombo, Anthony Challinor, Yohei Kobayashi, A. Kushino, Gemma Luzzi, Makoto Nagai, M. Sandri, Christopher Raum, Giuseppe D'Alessandro, Masashi Hazumi, Masaya Hasegawa, Renée Hlozek, Silvia Masi, Joseph Seibert, F. Piacentini, J. A. Murphy, Greg Jaehnig, Jose Alberto Rubino-Martin, Davide Poletti, Michael L. Brown, Blake D. Sherwin, Daniela Paoletti, Joshua Montgomery, F. Columbro, Gianluca Morgante, J. Bermejo, M. Tomasi, Haruki Nishino, P. Diego-Palazuelos, Hirokazu Ishino, T. Iida, Kazuhisa Mitsuda, Haruyuki Sakurai, Keith L. Thompson, Javier Cubas, Neil Trappe, Keisuke Shinozaki, Adrian T. Lee, Hiroyuki Ohsaki, Martina Gerbino, D. Herranz, M. Tsuji, Marco Bersanelli, Nadia Dachlythra, M. Russell, E. Gjerløw, Maresuke Shiraishi, E. de la Hoz, Eric V. Linder, Graeme Smecher, Eric R. Switzer, Erminia Calabrese, G. Roudil, Mario Zannoni, T. Maciaszek, L. Pagano, D. Auguste, Frank Grupp, Kosei Ishimura, Fabrizio Villa, Kuniaki Konishi, I. S. Ohta, G. Signorelli, J. Bonis, A. Tartari, Jun-ichi Suzuki, R. B. Barreiro, J. F. Cliche, M. Maki, Douglas H Beck, Ricardo Genova-Santos, A. J. Banday, M. Galloway, T. L. Svalheim, Fabio Finelli, L. A. Montier, H. K. Eriksen, Nicoletta Krachmalnicoff, Karen C. Cheung, Cristian Franceschet, Matthieu Tristram, V. Chan, G. Polenta, Clive Dickinson, N. W. Halverson, Kiyotomo Ichiki, Yuji Chinone, Mathieu Remazeilles, Giampaolo Pisano, Jon E. Gudmundsson, J. Peloton, M. Reinecke, Shannon M. Duff, Carole Tucker, Y. Minanmi, Gene C. Hilton, Martin Bucher, P. A. R. Ade, G. Vermeulen, K. Komatsu, Norio Okada, Thibaut Louis, Sophie Henrot-Versille, Edward J. Wollack, Paolo Natoli, Hideo Ogawa, Jörn Wilms, E. Taylor, Andrea Zonca, Makoto Hattori, Radek Stompor, Masahiro Tsujimoto, Yutaro Sekimoto, Marcin Gradziel, H. Thommesen, Zmuidzinas, Jonas, Sekimoto, Y, Ade, P, Adler, A, Allys, E, Arnold, K, Auguste, D, Aumont, J, Aurlien, R, Austermann, J, Baccigalupi, C, Banday, A, Banerji, R, Barreiro, R, Basak, S, Beall, J, Beck, D, Beckman, S, Bermejo, J, de Bernardis, P, Bersanelli, M, Bonis, J, Borrill, J, Boulanger, F, Bounissou, S, Brilenkov, M, Brown, M, Bucher, M, Calabrese, E, Campeti, P, Carones, A, Casas, F, Challinor, A, Chan, V, Cheung, K, Chinone, Y, Cliche, J, Colombo, L, Columbro, F, Cubas, J, Cukierman, A, Curtis, D, D'Alessandro, G, Dachlythra, N, De Petris, M, Dickinson, C, Diego-Palazuelos, P, Dobbs, M, Dotani, T, Duband, L, Duff, S, Duval, J, Ebisawa, K, Elleflot, T, Eriksen, H, Errard, J, Essinger-Hileman, T, Finelli, F, Flauger, R, Franceschet, C, Fuskeland, U, Galloway, M, Ganga, K, Gao, J, Genova-Santos, R, Gerbino, M, Gervasi, M, Ghigna, T, Gjerløw, E, Gradziel, M, Grain, J, Grupp, F, Gruppuso, A, Gudmundsson, J, de Haan, T, Halverson, N, Hargrave, P, Hasebe, T, Hasegawa, M, Hattori, M, Hazumi, M, Henrot-Versillé, S, Herman, D, Herranz, D, Hill, C, Hilton, G, Hirota, Y, Hivon, E, Hlozek, R, Hoshino, Y, de la Hoz, E, Hubmayr, J, Ichiki, K, Iida, T, Imada, H, Ishimura, K, Ishino, H, Jaehnig, G, Kaga, T, Kashima, S, Katayama, N, Kato, A, Kawasaki, T, Keskitalo, R, Kisner, T, Kobayashi, Y, Kogiso, N, Kogut, A, Kohri, K, Komatsu, E, Komatsu, K, Konishi, K, Krachmalnicoff, N, Kreykenbohm, I, Kuo, C, Kushino, A, Lamagna, L, Lanen, J, Lattanzi, M, Lee, A, Leloup, C, Levrier, F, Linder, E, Louis, T, Luzzi, G, Maciaszek, T, Maffei, B, Maino, D, Maki, M, Mandelli, S, Martinez-Gonzalez, E, Masi, S, Matsumura, T, Mennella, A, Migliaccio, M, Minanmi, Y, Mitsuda, K, Montgomery, J, Montier, L, Morgante, G, Mot, B, Murata, Y, Murphy, J, Nagai, M, Nagano, Y, Nagasaki, T, Nagata, R, Nakamura, S, Namikawa, T, Natoli, P, Nerval, S, Nishibori, T, Nishino, H, O'Sullivan, C, Ogawa, H, Oguri, S, Osaki, H, Ohta, I, Okada, N, Pagano, L, Paiella, A, Paoletti, D, Patanchon, G, Peloton, J, Piacentini, F, Pisano, G, Polenta, G, Poletti, D, Prouvé, T, Puglisi, G, Tambaud, D, Raum, C, Realini, S, Reinecke, M, Remazeilles, M, Ritacco, A, Roudil, G, Rubino-Martin, J, Russell, M, Sakurai, H, Sakurai, Y, Sandri, M, Sasaki, M, Savini, G, Scott, D, Seibert, J, Sherwin, B, Shinozaki, K, Shiraishi, M, Shirron, P, Signorelli, G, Smecher, G, Stever, S, Stompor, R, Sugai, H, Sugiyama, S, Suzuki, A, Suzuki, J, Svalheim, T, Switzer, E, Takaku, R, Takakura, H, Takakura, S, Takase, Y, Takeda, Y, Tartari, A, Taylor, E, Terao, Y, Thommesen, H, Thompson, K, Thorne, B, Toda, T, Tomasi, M, Tominaga, M, Trappe, N, Tristram, M, Tsuji, M, Tsujimoto, M, Tucker, C, Ullom, J, Vermeulen, G, Vielva, P, Villa, F, Vissers, M, Vittorio, N, Wehus, I, Weller, J, Westbrook, B, Wilms, J, Winter, B, Wollack, E, Yamasaki, N, Yoshida, T, Yumoto, J, Zannoni, M, Zonca, A, Astrophysique, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS (LPTENS), Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - 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Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire de Paris - Site de Paris (OP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - 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- Subjects
Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO) ,Aperture ,FOS: Physical sciences ,7. Clean energy ,cryogenic telescope ,law.invention ,Cosmic microwave background ,Entrance pupil ,Telescope ,FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA ,Optics ,millimeter-wave polarization ,space program ,Settore FIS/05 - Astronomia e Astrofisica ,law ,Angular resolution ,[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det] ,Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM) ,Physics ,Stray light ,business.industry ,Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics ,Polarization (waves) ,Lens (optics) ,Cardinal point ,Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics ,business ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics - Abstract
LiteBIRD has been selected as JAXA's strategic large mission in the 2020s, to observe the cosmic microwave background (CMB) $B$-mode polarization over the full sky at large angular scales. The challenges of LiteBIRD are the wide field-of-view (FoV) and broadband capabilities of millimeter-wave polarization measurements, which are derived from the system requirements. The possible paths of stray light increase with a wider FoV and the far sidelobe knowledge of $-56$ dB is a challenging optical requirement. A crossed-Dragone configuration was chosen for the low frequency telescope (LFT : 34--161 GHz), one of LiteBIRD's onboard telescopes. It has a wide field-of-view ($18^\circ \times 9^\circ$) with an aperture of 400 mm in diameter, corresponding to an angular resolution of about 30 arcminutes around 100 GHz. The focal ratio f/3.0 and the crossing angle of the optical axes of 90$^\circ$ are chosen after an extensive study of the stray light. The primary and secondary reflectors have rectangular shapes with serrations to reduce the diffraction pattern from the edges of the mirrors. The reflectors and structure are made of aluminum to proportionally contract from warm down to the operating temperature at $5\,$K. A 1/4 scaled model of the LFT has been developed to validate the wide field-of-view design and to demonstrate the reduced far sidelobes. A polarization modulation unit (PMU), realized with a half-wave plate (HWP) is placed in front of the aperture stop, the entrance pupil of this system. A large focal plane with approximately 1000 AlMn TES detectors and frequency multiplexing SQUID amplifiers is cooled to 100 mK. The lens and sinuous antennas have broadband capability. Performance specifications of the LFT and an outline of the proposed verification plan are presented., Comment: 21 pages, 14 figures
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- 2020
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