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Simulations and performance of the QUBIC optical beam combiner

Authors :
Emory F. Bunn
M.-A. Bigot-Sazy
Y. Giraud-Héraud
A. Zullo
Alessandro Buzzelli
M. Gómez Berisso
M. Giard
F. Voisin
J. Aumont
L. Mele
N. Bleurvacq
L. Dumoulin
L. Grandsire
Nicola Vittorio
Giuseppe D'Alessandro
P. Ringegni
F. Piacentini
Peter T. Timbie
P. Chanial
D. Viganò
M. C. Medina
Alessandro Schillaci
Créidhe O'Sullivan
Laurent Bergé
G. Polenta
Gabriele Coppi
Steve Torchinsky
P. Battaglia
L. Montier
X. Garrido
J.-P. Thermeau
Massimo Gervasi
V. Truongcanh
Rocco D'Agostino
M. Gaspard
R. Puddu
J. Bonaparte
Luca Lamagna
S. Spinelli
C. Chapron
G. de Gasperis
Victor Haynes
A. Etchegoyen
S. Loucatos
Gregory S. Tucker
L. M. Mundo
Marco Bersanelli
A. Lowitz
G. Bordier
E. Guerrard
Mario Zannoni
A. Pelosi
G. Amico
Vladimir V. Luković
D. Buzi
E. Olivieri
R. Luterstein
S. Scully
D. Prêle
H. Pastoriza
A. Mattei
J. Kaplan
F. Columbro
A. Gault
A. Passerini
F. Pajot
D. Harari
Silvia Masi
A. Di Donato
B. Watson
M. Stolpovskiy
Gustavo E. Romero
E. Bréelle
R. Charlassier
J. Bonis
Elia S. Battistelli
D. Gayer
M. De Leo
A. Tartari
Peter A. R. Ade
J. D. Murphy
B. Bélier
S. Banfi
Alessandro Paiella
P. de Bernardis
S. Vanneste
Andrew May
M. De Petris
G. Barbarán
Giampaolo Pisano
Francesco Cavaliere
Cristian Franceschet
D. T. Hoang
Matthieu Tristram
D. Burke
F. Incardona
F. Suarez
J. A. Murphy
C. Kristukat
Marcin Gradziel
F. Couchot
Bruce Rafael Mellado Garcia
A. Mennella
Alessandro Coppolecchia
M. M. Gamboa Lerena
Andrei Korotkov
A. Fasciszewski
D. Bennett
Damien Rambaud
M. González
Bruno Maffei
F. Wicek
Mark McCulloch
S. Marnieros
O. Perdereau
Maria Salatino
D. Auguste
J.-Ch. Hamilton
C. Perbost
C. Scóccola
Carole Tucker
Federico Pezzotta
M. Piat
E. Jules
Lucio Piccirillo
Thibaut Louis
Sophie Henrot-Versille
Simon J. Melhuish
A. Baù
J.-Ph. Bernard
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Zmuidzinas, Jonas
Gao, Jian-Rong
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Zmuidzinas, J
Gao, JR
Zullo, A
Wicek, F
Watson, B
Voisin, F
Vittorio, N
Viganò, D
Vanneste, S
Tucker, G
Tucker, C
Truongcanh, V
Tristram, M
Torchinsky, S
Timbie, P
Thermeau, J
Tartari, A
Suarez, F
Stolpovskiy, M
Spinelli, S
Scóccola, C
Schillaci, A
Salatino, M
Romero, G
Ringegni, P
Rambaud, D
Puddu, R
Prêle, D
Polenta, G
Pisano, G
Piccirillo, L
Piat, M
Piacentini, F
Pezzotta, F
Perdereau, O
Perbost, C
Pelosi, A
Pastoriza, H
Passerini, A
Pajot, F
Paiella, A
Olivieri, E
Murphy, J
Mundo, L
Montier, L
Melhuish, S
Medina, M
Mele, L
Mcculloch, M
May, A
Mattei, A
Masi, S
Marnieros, S
Maffei, B
Luterstein, R
Lukovic, V
Lowitz, A
Louis, T
Loucatos, S
Lamagna, L
Kristukat, C
Korotkov, A
Kaplan, J
Jules, E
Incardona, F
Hoang, D
Henrot-Versillé, S
Haynes, V
Harari, D
Grandsire, L
Gradziel, M
González, M
Gómez Berisso, M
Giraud-Héraud, Y
Giard, M
Gervasi, M
Gault, A
Gaspard, M
Garrido, X
García, B
Gamboa Lerena, M
Franceschet, C
Fasciszewski, A
Etchegoyen, A
Dumoulin, L
Di Donato, A
de Gasperis, G
de Bernardis, P
D’Alessandro, G
D'Agostino, R
Couchot, F
Coppolecchia, A
Coppi, G
Columbro, F
Charlassier, R
Chapron, C
Chanial, P
Cavaliere, F
Buzzelli, A
Buzi, D
Bunn, E
Bréelle, E
Bordier, G
Bonis, J
Bonaparte, J
Bleurvacq, N
Bigot-Sazy, M
Bersanelli, M
Bernard, J
Bergé, L
Bennett, D
Bélier, B
Baù, A
Battistelli, E
Battaglia, P
Barbarán, G
Banfi, S
Aumont, J
Auguste, D
Amico, G
Ade, P
Hamilton, J
Zannoni, M
Mennella, A
De Leo, M
De Petris, M
Scully, S
Guerrard, E
Gayer, D
Burke, D
O'Sullivan, C
Source :
Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2018, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2018, Jun 2018, Austin, United States. pp.107082I, ⟨10.1117/12.2313256⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

QUBIC, the Q & U Bolometric Interferometer for Cosmology, is a novel ground-based instrument that aims to measure the extremely faint B-mode polarisation anisotropy of the cosmic microwave background at intermediate angular scales (multipoles of = 30 − 200). Primordial B-modes are a key prediction of Inflation as they can only be produced by gravitational waves in the very early universe. To achieve this goal, QUBIC will use bolometric interferometry, a technique that combines the sensitivity of an imager with the immunity to systematic effects of an interferometer. It will directly observe the sky through an array of back-to-back entry horns whose beams will be superimposed using a cooled quasioptical beam combiner. Images of the resulting interference fringes will be formed on two focal planes, each tiled with transition-edge sensors, cooled down to 320 mK. A dichroic filter placed between the optical combiner and the focal planes will select two frequency bands (centred at 150 GHz and 220 GHz), one frequency per focal plane. Polarization modulation will be achieved using a cold stepped half-wave plate (HWP) and polariser in front of the sky-facing horns. The full QUBIC instrument is described elsewhere1,2,3,4; in this paper we will concentrate in particular on simulations of the optical combiner (an off-axis Gregorian imager) and the feedhorn array. We model the optical performance of both the QUBIC full module and a scaled-down technological demonstrator which will be used to validate the full instrument design. Optical modelling is carried out using full vector physical optics with a combination of commercial and in-house software. In the high-frequency channel we must be careful to consider the higher-order modes that can be transmitted by the horn array. The instrument window function is used as a measure of performance and we investigate the effect of, for example, alignment and manufacturing tolerances, truncation by optical components and off-axis aberrations. We also report on laboratory tests carried on the QUBIC technological demonstrator in advance of deployment to the observing site in Argentina.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2018, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2018, Jun 2018, Austin, United States. pp.107082I, ⟨10.1117/12.2313256⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....85d32b76d8536c40f6fc0f100f626cf4
Full Text :
https://doi.org/10.1117/12.2313256⟩