La majorite des detecteurs en astronomie Infrarouges embarques sur les satellites (IRAS, ISO, SIRTF, ASTRO-F) et fonctionnant entre 5 et 200 microns de longueur d'onde sont affectes par de forts effets de remanence (aussi appeles transitoires ou effets de memoire (transients, latents or memory effect)). En 1998, nous avons montre que les transitoires affectants la camera ISOCAM semblaient pouvoir etre decrits par un modele analytique issu de la physique. Peu apres, il est devenu evident que ce modele ne marchait bien que lorsque l'eclairement de la camera est spatialement quasi-uniforme. Il fallait donc chercher un modele pour decrire les transitoires lorsque le gradient d'eclairement entre pixels voisins est fort, le cas limite etant l'eclairement par une source ponctuelle. Nous presentons ici les premiers resultats obtenus avec le nouveau modele de Fouks. Ce modele a ete finalise durant le sejour de 3 mois de B. Fouks sur poste rouge du CNRS a l'IAS. |
Boris Fouks lors de sa presentation durant l'ISO Legacy Conference, Vilspa, Espagne, en Fevrier 2001. |
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Boris Fouks travaillant au modele durant l'ISO Legacy Conference, Vilspa, Espagne, en Fevrier 2001. (Attention, photo 320 Ko) |
Les modeles 3D complet et 2D symmetrique sont decrits dans les documents ci-dessous. Ce sont des fichiers au format proprietaire MS-Word98. Ils ont ete compresses par GZIP.
Doc 1 : Theorie 1 | Doc 2 : Theorie 2 | Doc 3 : Seminaire A | Doc 4 : Seminaire B |
ps2theor.doc.gz (Taille : 204 ko) |
ps5theor.doc.gz (Taille : 99 ko) |
sem-tr1.doc.gz (Taille : 22 ko) |
sem-tr2.doc.gz (Taille : 58 ko) |
Les trois articles suivant montrent l'evolution de ces travaux sur les 3 dernieres annees (1999-2001). Ils presentent quelques figures interessantes de transitoires. Le plus recent decrit aussi la methode de correction mise en place. Pour le modele direct, voir ci-dessus les notes de Fouks. PS: ces articles sont aussi mentionnes sur la page articles ISO.
The three following papers report progress on this problem. The last one contains extensive description of the correction method. For the direct model, please refer to Fouks' notes
Article 1 SPIE 2000 (Obsolete) | Article 2 Legacy Conference, 2001 (Obsolete, nice figures) | Article 3 Siguenza Conference, 2002 (Etat Actuel / Up to data) |
final_SPIE2.ps.gz (Taille : 117 ko) |
LegConf1.ps.gz (Taille : 114 ko) |
Siguenza2.ps.gz (Taille : 211 ko) |
final_SPIE.pdf (Taille : 359 ko) |
LegConf1.pdf (Taille : 346 ko) |
Siguenza2.pdf (Taille : 333 ko) |
Grace aux informations precises finalement fournies par le LETI pour la topologie du detecteur ISOCAM, apres deux precedents modeles bases sur des informations pas assez precises, B. Fouks a pu developper un modele de transitoires lorsque l'eclairement spacial de la matrice LW ISOCAM n'est pas uniforme.
A cause des contraintes en temps (developpement de la theorie, du code, et des temps de calcul) et de sa volonte d'obtenir une premiere estimation confirmant ou non son approche (vu les problemes precedents clairement dus a une mauvaise description/connaissance du detecteur (sens effectif de polarisation, geometrie des contacts et de la grille reflechissante, dopage du bulk et des contacts, qualite reelle des contacts, ...)), le domaine de validite du modele implemente a partir de sa theorie a ete volontairement reduit :
Neanmoins, les equations 3D developpees initialement permettent de traiter des profiles d'eclairement quelconques, ainsi qu'une sequence quelconque d'eclairement. [C'etait un gros travail de simplifier analytiquement de 3D en 2D pour simplifier l'ecriture du code et reduire le temps de calcul, c'est un travail assez important (mais pas enorme) d'ecrire le code 3D a partir des equations 3D inititales.]
Mes excuses (AC), partie inacheve
Dans le detecteur LW ISOCAM, il n'y a pas de separation physique entre
pixels. Les pixels sont definis par les contacts implantes par procede de
micro-electronique sur les 2 faces du detecteur (un plan continu d'un cote, 32x32
contacts de l'autre, sans parler des vrais-faux pixels de garde, sur les bords)
et la polarisation electrique donnant le champ electrique dans le bulk.
Lorsqu'une charge est cree par un photon incident dans le bulk du detecteur,
un courant est genere en sortie du pixel correspondant.
Mais cette charge est vue aussi par les pixels voisins, et meme lointains.
Sous eclairement uniforme, ceci n'est pas genant, car ces effets sont moyennes.
C'est ce que prend explicitement en compte
le modele 1D de Fouks (Vinokurov & Fouks 1991), abusivement appele
modele de Fouks et Schubert.
Par contre, ceci n'est plus vrai lorsqu'il y a un gradient
d'illumination entre pixels voisins.
Il est facile de voir cet effet, grace au jitter du satellite.
Le satellite ISO est affecte par un tres faible jitter
(faible depointage autour de la direction de pointage de reference).
Lorsqu'on pointe vers une source ponctuelle, les transitoires
des pixels non centraux de la source sont tres bruites,
sans commune mesure avec le bruit sous eclairement uniforme.
Ce bruit est la consequence de l'absence de moyenne
sur les courants sous fort gradient. Mais on retrouve
ce qui confirme que ce bruit est bien correle entre les pixels de la source.
Enfin, a l'extreme, lorsque la largeur de la source est petite
par rapport a la largeur du pixel, l'effet de moyenne a l'interieur
du pixel redevient , le niveau de bruit et l'overshoot
du pixel le plus brillant devrait etre beaucoup plus faible
que pour un profil de largeur intermediaire.
En resume, les possibilites et les limites du modele reduit a 2D sont les suivantes:
D'apres ses hypotheses et limitations, le modele developpe doit decrire d'autant mieux les transitoires que la largeur de la source est etroite par rapport a la taille du pixel.
Pour les observations avec les lentilles 12' et 6', tous les filtres donnent des PSF (point spread function) de FWHM (Full Width Half Maximum) inferieures a la largeur du pas du pixel (100 microns) (cf la note technique de K. Okumura sur les PSF). On expere donc un excellent accord donnees/modele, pixel par pixel (cf Fig. 3 et Fig. 4).
Pour la lentille 3', il faudra regarder l'accord entre les donnees et le modele pour les filtres donnant les plus larges PSF (filtres LW 3, 9, 10).
Tres clairement, pour la lentille 1.5' et les filtre donnant les PSFs les plus larges (LW 3, 9, 10), l'accord entre le modele et les donnees est mauvais pour le pixel le plus fort. Ceci est illustre sur les figures 1 et 2.
Fouks a developpe une correction analytique de premier ordre pour la phase montante du transitoire. Cette correction s'applique pour le pixel le plus fort, avant que le transitoire n'atteigne son premier maximum (cf Fig. 6).
Fouks pense avoir besoin de plusieures semaines pour developper le modele analytique complet d'ordre 1 de description des transitoires pour les PSFs les plus larges. Il faut noter qu'on perdrait immediatement les simplifications 3D --> 2D dans un tel modele, car il faudrait tenir compte explicitement de la position de la source d'eclairement dans le pixel.
En conclusion :
PSF : point spread function, fonction d'etalement du point. C'est la convolution du lobe instrumental avec un Dirac.
A ce jour, parmi les options du programme de calcul du modele, on peut choisir entre une PSF gaussienne et une PSF basee sur un modele optique du satellite ISO (Modele fourni par K. Okumura, base sur des fonctions de Bessel). Un probleme clair, connu des etudes sur la forme des PSFs observees par ISOCAM, est que la PSF reelle n'est pas a symmetrie circulaire. Neanmoins, la PSF "Bessel" analytique fournie par K. Okumura semble suffire dans un premier temps (i.e. les problemes majeurs a ce jour ne viennent pas de la !).
Que la PSF choisie soit Gaussienne ou Besselienne, elle est decrite par 3 ou 4 parametres, selon la maniere de les compter:
Pour une configuration Lentille/Filtre donnee, la largeur a mi-hauteur devrait restee fixe (cf ) ... et les parametres d'entree du modele sont donc :
Les ajustements presentes ci dessous ont ete fait "a la main", selon la procedure suivante:
La convention sur les traces est la suivante :
Pour les courbes a 3 traces (Figures 1 a 4):
Tous les cubes etudies sont echantillonnes en temps a 2.1s.
Fig. 1 | Fig. 2 | Fig. 3 | Fig. 4 |
source large (Lentille 1.5, filtre LW 10) d'intensite moyenne | autre source large, meme configuration, meme ordre d'amplitude, moins de points, autre position sur le pixel | source etroite et faible (Lentille 1.5, filtre LW 6?) | source tres etroite et forte (Lentille 3, filtre LW 3) |
(fichier PS.gz, Taille: 80 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 39 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 103 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 49 ko) |
Fig. 5 | Fig. 6 |
Un exemple de description des transitoires en descente : (figure du haut : donnees brutes, figure du milieu : modelisation des montees et descentes, figure du bas : zoom sur la descente) | Pour les sources larges, il faut rajouter un terme correctif de premier ordre pour la premiere phase de montee (avant le maximum). Sur cet exemple, on a rajoute (en orange) cette correction suplementaire. |
(fichier PS.gz, Taille: 35 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 33 ko) |
Le modele decrivant les transitoires sous eclairement uniforme ne depend que de deux parametres fixes par pixel lies au detecteur :
Dans la theorie de Fouks, les parametres physiques lies aux caracteristiques intrinseques du detecteur sont:
Les equations de passage d'un couple de cartes de parametres a l'autre sont donnees dans les notes de Fouks, ci-dessus.
Comme cela avait deja ete note dans Coulais et Abergel, 2000., malgre les contraintes limitant la qualite de ces cartes, la dispersion sur la carte des Beta est faible, celle sur la carte des Lambda est grande. On retrouve ceci pour la carte du Gain versus celle de Ej. Mais ces deux parametres representent respectivement la qualite du bulk et celle des contacts.
En conclusion, la carte du Gain Factor etant relativement uniforme avec une faible dispersion, la qualite du bulk est bonne. Par contre, la carte Ej decrivant la qualite des contacts est nettement moins bonne: il est suppose que ce parametre n'a pas ete pris en consideration lors de la fabrication de LW CAM et des test associes, en phase technologique.
;SLICE> ministats_gain_ej, gain_map, ej_map
;Gain 32*32, Mean value 1.20793
;Gain 32*32, Std . Dev. 0.0784034
;Gain [10:21]*[10:21], Mean value 1.20821
;Gain [10:21]*[10:21], Std . Dev. 0.0431217
;Ej 32*32, Mean value 22.0598
;Ej 32*32, Std . Dev. 4.32584
;Ej [10:21]*[10:21], Mean value 21.6206
;Ej [10:21]*[10:21], Std . Dev. 2.57958
;Correlation 32*32 : 0.0748885
;Correlation [10:21]*[10:21] : -0.368058
On trouvera dans les documents de Fouks des commentaires a ce sujet, donnant en particulier la voie pour concevoir et caracteriser des detecteurs aussi sensible que LW-ISOCAM mais avec des constantes de temps de l'ordre de 3 a 6 fois plus rapide, et beaucoup plus uniforme de pixel a pixel ...
Carte 32x32 des Beta | Carte 32x32 des Lambda |
(fichier PS.gz, Taille: 26 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 31 ko) |
Carte 32x32 des Gain | Carte 32x32 de Ej |
(fichier PS.gz, Taille: 25 ko) | (fichier PS.gz, Taille: 25 ko) |
Ces taches sont rangees selon la progression qui parait la mieux adaptee pour aborder les questions et problemes identifies d'apres la connaisssance actuelle du sujet :
Le modele a ete volontairement limite a des profils quelconques a symetrie circulaire De plus, pour les sources etudiees, nous avons volontairement choisi des sources "allumees" apres stabilisation.
Dans le domaine d'application du modele, les conclusions, a ce jour, par l'etude rapide d'une dizaine de sources dans plusieures configurations Lentille/Filtre -malheureusement limitees en nombre vue le temps de recherche et celui de traitement- sont les suivantes:
Rappel: ce modele physique tourne sans nouveau parametre, il necessite seulement les deux cartes (beta,lambda) deja utilisees pour le modele decrivant les transitoires sous eclairement uniforme.