Amélioration des techniques de conditionnement du signal et de traitement de données pour les détecteurs supraconducteurs à inductance cinétique

Improving signal conditioning and data processing techniques for superconducting kinetic inductance detectors

• Auteur / Autrice : Mounir Abdkrimi
• Direction : Olivier Rossetto, Olivier Bourrion
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Signal Image Parole Télécoms
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes numériques

Modélisation de systèmes

Traitement numérique du signal

Fpga

Détecteurs supraconducteurs à inductance cinétique

Digital Systems

Systems modeling

Digital Signal Processing

Fpga

Superconducting kinetic inductance detectors

Résumé

Les détecteurs supraconducteurs à inductance cinétique (KID) peuvent être utilisés pour diverses applications, dont la radioastronomie millimétrique. Les KIDs sont des résonateurs RF qui fonctionnent à des températures cryogéniques (100mK), dont la fréquence de résonance, dans une gamme de fréquence comprise entre 1,3 GHz et 2.5 GHz, est sensible, entre autres, aux photons millimétriques. Pour les mettre en œuvre, il faut utiliser des techniques de multiplexage fréquentiel pour en sonder le nombre le plus élevé possible avec une seule ligne de transmission ; c'est à dire que chaque KID a sa fréquence de résonance propre, avec un très haut facteur de qualité, ce qui permet de les mettre en série sur une même ligne de transmission. Des électroniques de lecture spécifiques ont été développées au LPSC, elles consistent à allier des techniques de traitement du signal numérique à des techniques de conditionnement hyperfréquence et bas bruit. Actuellement, plusieurs instruments sont en exploitation (NIKA2, KISS, CONCERTO). Dans celui de dernière génération une carte électronique est capable de lire simultanément et de manière continue 400 détecteurs répartis sur une largeur de bande de 1 GHz. Le traitement du signal, nécessitant une forte parallélisation, est réalisé à l'aide de FPGA (de l'ordre de 1000 DSP fonctionnant parallèlement) car l'acquisition et le traitement doit se dérouler en temps réel.

Kinetic inductance superconducting detectors (KID) can be used for various applications, including millimeter radio astronomy. KIDs are RF resonators that operate at cryogenic temperatures (100mK), whose resonance frequency, in a frequency range between 1.3 GHz and 2.5 GHz, is sensitive, among others, to millimeter photons. To implement them, it is necessary to use frequency multiplexing techniques to probe the highest possible number with a single transmission line; that is to say that each KID has its own resonance frequency, with a very high quality factor, which allows to put them in series on the same transmission line. Specific reading electronics have been developed at the LPSC, they consist in combining digital signal processing techniques with microwave and low noise conditioning techniques. Currently, several instruments are in operation (NIKA2, KISS, CONCERTO). In the last generation, an electronic card is able to read simultaneously and continuously 400 detectors distributed over a bandwidth of 1 GHz. The signal processing, requiring requiring a high level of parallelization, is carried out using FPGAs (of the order of 1000 DSPs operating in parallel) because the acquisition and processing must be real time.