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Accueil du site > Formation > Thèses - Stages de M2

Amélioration des photodiodes pour le détecteur d’ondes gravitationnelles Advanced Virgo +

Le LAPP propose un stage de Master 2 afin de participer à la mise à niveau de l’électronique des photodiodes pour Advanced Virgo+. L’étudiant participera à la phase de conception des nouvelles cartes électroniques en simulant les performances de bruit attendues et la réponse à un signal d’entrée. L’étudiant participera également à la caractérisation des cartes électroniques modifiées, en mesurant leurs niveaux de bruit et leurs fonctions de transfert.

Le détecteur d’onde gravitationnelle Virgo, installé à Pise, fonctionne sur le principe d’un interféromètre laser avec des bras de 3 km de long. En 2017, la première observation conjointe d’ondes gravitationnelles, par les détecteurs LIGO et Virgo, provenant d’une coalescence d’étoiles à neutrons et d’un sursaut gamma, suivie par celle d’un signal optique, a ouvert un tout nouveau chapitre de l’astronomie multi-messagers. Une période d’observation conjointe des détecteurs LIGO (aux États-Unis) et Virgo s’en est suivie d’avril 2019 à mars 2020, permettant la détection hebdomadaire de coalescences de systèmes binaires compacts (notamment des trous noirs). Depuis 2020, le détecteur Virgo est entré dans une phase de modifications et d’améliorations (upgrade Advanced Virgo +) en vue d’une nouvelle période d’observation qui débutera en décembre 2022. Plusieurs bancs optiques, suspendus et placés sous vide, sont utilisés pour extraire le faisceau laser en différentes localisations (en sortie de l’interféromètre, mais aussi en transmission des bras kilométriques par exemple). Ces bancs hébergent des éléments optiques et des capteurs de lumière (photodiodes, photodiodes à quadrants, caméras, …) qui ont pour rôle d’extraire les signaux utiles pour la détection des ondes gravitationnelles et pour le contrôle de la position des miroirs de l’interféromètre. En particulier, les photodiodes sont divisées en deux groupes : les photodiodes à haute efficacité quantique utilisées pour la lecture des signaux d’ondes gravitationnelles qui doivent être très sensibles dans la bande passante 10 Hz – 10 kHz, et les photodiodes à haute bande passante qui doivent pouvoir extraire des signaux de contrôle jusqu’à 100 MHz. Dans le cadre de l’upgrade Advanced Vigo+, l’électronique des photodiodes est en cours d’amélioration afin de réduire le bruit électronique des photodiodes à haute efficacité quantique et de mieux adapter la dynamique des photodiodes de contrôle aux signaux RF présents dans l’interféromètre. Le LAPP propose un stage de Master 2 afin de participer à la mise à niveau de l’électronique des photodiodes pour Advanced Virgo+. L’étudiant participera à la phase de conception des nouvelles cartes électroniques en simulant les performances de bruit attendues et la réponse à un signal d’entrée. L’étudiant participera également à la caractérisation des cartes électroniques modifiées, en mesurant leurs niveaux de bruit et leurs fonctions de transfert. A l’aide de ces simulations ou de ces mesures, l’étudiant vérifiera que la nouvelle électronique des photodiodes est conforme à la dynamique requise, puis étudiera l’impact du bruit électronique sur la sensibilité de Virgo. A cet effet, l’étudiant devra étudier les mécanismes de couplage du bruit à travers les différentes boucles d’asservissement de l’interféromètre. En fonction de l’avancement du projet, l’étudiant aura l’opportunité de procéder à l’installation des nouvelles photodiodes et leurs tests sur le détecteur Virgo.

Indication éventuelle d’ouverture vers un sujet de thèse :

Ce stage peut déboucher sur un sujet de thèse portant sur l’étude des bruits instrumentaux du détecteur Virgo et l’amélioration de sa sensibilité pendant la prochaine prise de données O4 (2023), ainsi que la préparation et la mise en place des upgrades visant à améliorer davantage la sensibilité pour la future prise de données O5 (2025).

Encadrants : Raffaele Flaminio, François Frappez, Romain Gouaty Contact : gouaty@lapp.in2p3.fr Téléphone : 04 50 09 55 19