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Mise en lumière des aurores boréales

Research Topic Chapter
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Aux pôles de la Terre, le champ magnétique s'incurve jusqu'au sol. A ces endroits, on peut observer de merveilleux phénomènes, les aurores boréales (au pôle Nord) et les aurores australes (au pôle Sud). La recherche de ce phénomène se fait, entre autres, par le biais de la recherche de la polarisation de la lumière observée. À cette fin, le département d'ingénierie a développé, en collaboration avec la division "Limb Remote Sounding", un instrument polarimétrique, appelé ASPA.
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La mission en Norvège

Afin d’étudier les aurores boréales, une campagne d'observation a été organisée à Skibotn (Norvège), en collaboration avec l'université de Tromsø. 

En février 2020, tout le matériel devait être prêt à être expédié.  Mais avant de partir, l'instrument devait être "opérationnel" et équipé pour résister à un environnement froid. Des températures aussi basses que -20°C ne sont pas inhabituelles dans cette région. Le département d'ingénierie a donc assemblé et testé l'instrument.

ASPA de l'intérieur

L'instrument développé en collaboration entre la division "Limb Remote Sounding" et le département d'ingénierie a été appelé ASPA (AOTF-based Spectro-Polarimeter for Aurorae) et sa conception optique est basée sur l'instrument ALTIUS. Ce spectromètre est constitué d'un système de filtrage qui permet de sélectionner les longueurs d'onde optiques demandées. Ce sont principalement les bandes vertes, rouges et violettes/bleues qui apparaissent dans les aurores.

Toutes les autres couleurs doivent être éliminées par filtrage à l’aide d’un AOTF (Acousto-Optical Tunable Filter). L'AOTF est un cristal dans lequel les ondes acoustiques générées produisent une "double séparation" de la lumière entrante, conduisant à deux faisceaux lumineux à la sortie. En appliquant un signal radio-fréquence (RF) approprié, la longueur d'onde correcte est sélectionnée. Ces rayons de lumière contiennent des informations sur la polarisation des aurores boréales.

Afin de récupérer les différentes polarisations, un instrument à double canaux est nécessaire, avec deux AOTF, chacun avec leur générateur et amplificateur RF correspondant. Ce dernier est nécessaire pour élever le signal RF au niveau de puissance requis afin d'amener l'AOTF à son efficacité optimale. La conception et la fabrication des deux générateurs RF ont été réalisées par le département d'ingénierie.

Le contrôle des générateurs RF et la lecture des capteurs de température et de l'inclinomètre ont été effectués au moyen d'un module FPGA, dont le code a également été développé par le département d'ingénierie. Le boîtier a été isolé thermiquement et un système de régulation de la température a été mis en place.

L'assemblage complet et la mise en œuvre d'une interface utilisateur graphique ont été réalisés par le département d'ingénierie. Pendant la campagne de mesure en Norvège, l'instrument a fonctionné comme prévu. Dès que la COVID-19 le permettra, l'instrument sera utilisé pour une validation ultérieure.

 

Référence:

Vanhamel, J., Dekemper, E., Berkenbosch, S., and Clairquin, R. (2021). Novel acousto-optical tunable filter (AOTF) based spectropolarimeter for the characterization of auroral emission, Instrumentation Science & Technology. https://doi.org/10.1080/10739149.2020.1814809

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Figure 2 caption (legend)
Préparation de l'instrument ASPA
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Intérieur de l’instrument ASPA
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Figure 4 caption (legend)
Les deux canaux optiques de l'instrument ASPA
Publication date