Tesis
A polarizing Fourier transform spectrometer for atmospheric spectroscopy at millimeter wavelengths
Autor
MIGUEL VELAZQUEZ DE LA ROSA BECERRA
Institución
Resumen
This thesis describes the design, integration and characterization of a spectroscopic
system for millimeter wavelength operation based on the principles of
Martin-Puplett Fourier transform spectrometer. The initial goal of this experimental
project was to characterize the seasonal variations in the atmospheric
transmission windows above Sierra La Negra, the site of the Gran Telescopio
Milimétrico at an altitude of ~4600 m.
The detection system of the FTS-MPI, which is mounted inside a LN2/L4He
cryostat, takes advantage of a single-pixel composite bolometer operating at cryogenics
temperatures (~1.5 - 3.9 K). The bolometer is fabricated with a NTD germanium
thermistor. The thermal and electrical links are provided by NbTi wires
with a diameter of 12 µm, that define the thermal conductance of the device.
The physical parameters, such as bath temperature, thermal conductance, heat
capacity and temporal response are discussed and determined experimentally in
this work. From these parameters we are able to calculate the figures of merit of
the system, i.e. NEP and responsivity.
The design of the cold and warm electronics is described, as well as the data
acquisition system, implemented with the technology of NI-DAQ and LabView,
that allow us to record the data and to visualize the pre-processed spectra.
The spectrometer is a Martin-Puplett interferometer which uses a wire-grid
polarizer as a beam-splitter. The wire-grid polarizers are fabricated with tungsten
wire, with a diameter of 25 µm and a wire spacing of 75 µm. The final dimensions
of the interferometer optics, including the polarizers, allow us to achieve a spectral
response between 215 GHz to 2 THz. The coupling optics for the bolometer and
the FTS-MPI, as well as all the optical and mechanical parts of the interferometer
were designed and built at INAOE.
The FTS-MPI was successfully integrated and tested with the detection system
in our laboratory, and interferograms of cold-loads (LN2 sources) and of sky were obtained. The optical performance of the system was determined from the
analysis of the recorded interferograms. Finally, the computed power-spectra are
shown, which provide a confident detection of spectral features related with the
water-vapour emission of the atmosphere. Esta tesis describe el diseño, integración y caracterización de un sistema espectroscópico para su operación en longitudes de onda milimétrica, basado en los
principios de un espectrómetro de transformada de Fourier Martin-Puplett. El
objetivo principal de este proyecto instrumental fue caracterizar las variaciones
estaciónales en las ventanas de transmisión atmosférica del cielo en Sierra La
Negra, el sitio del Gran Telescopio Milimétrico a una altitud de _4600 m.
El sistema de detección del FTS-MPI, el cual es montado dentro de un criostato
de LN2/L4He, usa como dispositivo principal un bolómetro compuesto que
opera en temperaturas criogénicas (~1.5 - 3.9 K). El bolómetro es fabricado con
termistor de germanio dopado por transmutación de neutrones (NTD, por sus
siglas en ingles). La uniones térmicas y eléctricas son provistas por alambres
the niobio-titanio (NbTi) con un diámetro de 12 µm, que definen la conductancia
térmica del dispositivo. Los parámetros físicos tales como temperatura de
operación, conductancia térmica, capacidad calorífica y respuesta temporal son
discutidos y determinados experimentalmente en este trabajo. A partir de estos
parámetros fue posible calcular las figuras de mérito del sistema, i.e. NEP y
responsividad.
El diseño de la electrónica de operación en frío y ambiente está descrito, así
como el sistema de adquisición de datos, implementado con la tecnología NIDAQ
y LabView, que nos permitió el registro de datos y la visualización de ellos
pre-procesados.
El espectrómetro es un interferómetro el cual usa un polarizador de rejilla de
alambre como divisor de haz. Los dos polarizadores de rejilla de alambre son fabricados
con alambre de tungsteno, con un diámetro de 25 µm y un espaciamiento
entre alambres de 75 µm. Las dimensiones finales de la óptica del interferómetro,
incluyendo polarizadores permitió lograr una respuesta espectral de ~215 GHz - 2
THz. La óptica de acoplamiento para el bolómetro y el FTS-MPI, así como todas las partes ópticas y mecánicas del interferómetro fueron diseñadas y construidas
en el INAOE.
El FTS-MPI fue exitosamente integrado y probado con el sistema de detección
en nuestro laboratorio e interferogramas de cargas frías (LN2) y del cielo fueron
obtenidos. El rendimiento óptico del sistema fue determinado a partir del análisis
de los interferogramas registrados.
Materias
Ítems relacionados
Mostrando ítems relacionados por Título, autor o materia.
-
Compendio de innovaciones socioambientales en la frontera sur de México
Adriana Quiroga -
Caminar el cafetal: perspectivas socioambientales del café y su gente
Eduardo Bello Baltazar; Lorena Soto_Pinto; Graciela Huerta_Palacios; Jaime Gomez -
Material de empaque para biofiltración con base en poliuretano modificado con almidón, metodos para la manufactura del mismo y sistema de biofiltración
OLGA BRIGIDA GUTIERREZ ACOSTA; VLADIMIR ALONSO ESCOBAR BARRIOS; SONIA LORENA ARRIAGA GARCIA