Design and test of a digital correlator for the NIR heterodyne interferometer

Abstract

En la actualidad se han comenzado las discusiones para el desarrollo de los observatorios astronómicos post E-ELT, telescopio de 39 m en construcción en el norte de Chile. Como parte de estas discusiones, la comunidad científica ha planteado desarrollar un interferómetro infrarrojo capaz de resolver un planeta durante su etapa de formación [1]. Bajo el supuesto que la resolución angular de un disco de acreción para un planeta de dimensiones similares al planeta tierra es de 0.1 milisegundos de arco, para observar dicho objeto se requiere un telescopio de 1.5 km de diámetro [2]. Dado que no existe factibilidad técnica ni económica para desarrollar un proyecto de esta envergadura, es posible usar técnicas de interferometría para lograr la misma resolución angular, pero utilizando telescopios de menor tamaño. Estas técnicas corresponden a la interferometría directa (Paranal) o heterodina (ALMA). En el caso de la interferometría directa se transmiten los haces de luz desde cada telescopio hacia un edificio central, donde estos haces son combinados para obtener un patrón de interferencia. Por otro lado, en el caso de la interferometría heterodina, la señal en cada telescopio es mezclada con una señal de referencia. Esta luz mezclada incide en un dispositivo no lineal y es convertida a una señal de frecuencias intermedia. Esta señal se puede transmitir a través de un cable coaxial a un computador central que calcula la matriz de correlación entre las señales de cada telescopio. Cada topología tiene sus pros y contras. En el caso de la interferometría directa, el ancho de banda es mayor que en el caso heterodino, pero mantener la coherencia temporal entre todas las señales es mucho más difícil. Para demostrar la capacidad técnica de la topología heterodina, el laboratorio de Astrofotónica y ondas Terahertz ha desarrollado un prototipo de interferómetro heterodino en la banda de telecomunicaciones de 1.5 μm [3] [4]. Con miras a expandir el sistema a 10 μm, donde se encuentra una excelente ventana de transparencia atmosférica y varias transiciones de compuestos químicos. Esta tesis explica y desarrolla el diseño de este interferómetro heterodino, con especial énfasis en el desarrollo y prueba del correlacionador digital, sistema que debió ser especialmente diseñado para obtener las prestaciones requeridas.