Développement d'un simulateur de performances pour le spectrographe NIRSpec du futur télescope spatial JWST

Le futur telescope spatial JWST (James Webb Space Telescope) sera lance en 2013. Concu pour observer dans l'infrarouge de 0.6 a 27 µm, ce telescope sera equipe, entre autres instruments, du spectrographe multi-objets NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Dans cette these, nous modelisons et analysons les performances optiques de cet instrument developpe par EADS/Astrium pour l'Agence Spatiale Europeenne (ESA). Notre etude se concentre sur la qualite d'image, la distorsion et l'efficacite totale de NIRSpec. Ces calculs de performances reposent sur un code d'optique de Fourier developpe durant cette these. Dans ce manuscrit, nous discutons les hypotheses et les limites de notre approche et nous presentons les resultats obtenus par l'etude de la distorsion et des effets de la diffraction. Ces resultats ont ete utilises pour verifier des points clefs de la conception de NIRSpec. La complexite de NIRSpec nous a egalement amenes a developper un simulateur complet de l'optique et des detecteurs. Nous decrivons les algorithmes mis au point pour ces simulations ainsi que les elements importants de leur implementation (optimisation des temps de calculs). Les poses ainsi crees sont actuellement utilisees pour tester les futurs logiciels de traitement des donnees NIRSpec.

[1]  Eric Jones,et al.  SciPy: Open Source Scientific Tools for Python , 2001 .

[2]  Greg Lindstrom,et al.  Programming with Python , 2005, IT Professional.

[3]  Dennis Gannon,et al.  Active Libraries: Rethinking the roles of compilers and libraries , 1998, ArXiv.

[4]  Wolfgang Holota,et al.  NIRSpec: near-infrared spectrograph for the JWST , 2004, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation.

[5]  R. Upton,et al.  Gram-Schmidt orthogonalization of the Zernike polynomials on apertures of arbitrary shape. , 2004, Optics letters.

[6]  Peter Rumler,et al.  Overview of the near-infrared spectrograph (NIRSpec) instrument on-board the James Webb Space Telescope (JWST) , 2007, SPIE Optical Engineering + Applications.

[7]  Steven G. Johnson,et al.  The Design and Implementation of FFTW3 , 2005, Proceedings of the IEEE.

[8]  M. Herzberger,et al.  Refractive Indices of Infrared Optical Materials and Color Correction of Infrared Lenses , 1962 .

[9]  M. E. Cox.  Handbook of Optics , 1980 .

[10]  Marcia J. Rieke,et al.  The near-infrared camera (NIRCam) for the James Webb Space Telescope (JWST) , 2002, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation.

[11]  Doug Brown,et al.  Lex and Yacc , 1990 .

[12]  Jack Dongarra,et al.  Special Issue on Program Generation, Optimization, and Platform Adaptation , 2005, Proc. IEEE.

[13]  J. Tukey,et al.  An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series , 1965 .

[14]  S. Winograd.  On computing the Discrete Fourier Transform. , 1976, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

[15]  Virendra N. Mahajan,et al.  Zernike annular polynomials for imaging systems with annular pupils , 1984 .

[16]  Fitting Refractive Index Data by Least Squares , 1961 .

[17]  Todd L. Veldhuizen,et al.  Will C++ Be Faster than Fortran? , 1997, ISCOPE.

[18]  Virendra N Mahajan,et al.  Nonrecursive determination of orthonormal polynomials with matrix formulation. , 2007, Optics letters.

[19]  Bjarne Stroustrup,et al.  C++ Programming Language , 1986, IEEE Softw..

[20]  Neil Rowlands,et al.  Tunable filters for JWST Fine Guidance Sensor , 2004, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation.

[21]  Eric Prieto,et al.  A unique IFU capability for JWST in the near infrared , 2004, SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation.

[22]  C. Rader.  Discrete Fourier transforms when the number of data samples is prime , 1968 .

[23]  Kenneth Moreland,et al.  The FFT on a GPU , 2003, HWWS '03.

[24]  Jose Lorenzo Alvarez,et al.  Physical optics model for simulating the optical performance of the NIRSpec , 2007, SPIE Optical Engineering + Applications.

[25]  J. Wyant,et al.  Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology , 1992 .

[26]  David Abrahams,et al.  C++ Template Metaprogramming: Concepts, Tools, and Techniques from Boost and Beyond (C++ In-Depth Series) , 2004 .

[27]  A. Janssen.  Extended Nijboer-Zernike approach for the computation of optical point-spread functions. , 2002, Journal of the Optical Society of America. A, Optics, image science, and vision.