Design of a reflective infrared spectrograph for exoplanet spectroscopy

Abstract

This master thesis is dedicated to the design of a thermal infrared, single-mode fibre-fed spectrograph associated with a ground-based nulling interferometer. This is done in the framework of SCIFY, a European Research Council (ERC) Consolidator project lead by Denis Defrère and dedicated to the spectroscopy of exoplanets. The configuration is chosen to be entirely reflective as an alternative to the grism design. The instrument operates in the L band (3.5 - 4 µm) in which water and methane have strong signatures, and aims to achieve a resolution power of R=2000. The different considerations related to ground-based spectroscopy are presented. Several methods to reduce off-axis aberration are also investigated. The spectrograph is analysed with ray-tracing software (CODE-V) and optimised to meet the scientific requirements.

Ce mémoire est consacré à la conception d'un spectrographe en infrarouge thermique à alimentation par des fibres optiques monomodes et associé à un interféromètre de type nulling au sol. Ceci est réalisé dans le cadre de SCIFY, un projet financé par le Conseil européen de la recherche (CER), dirigé par Denis Defrère et consacré à la spectroscopie des exoplanètes. Une configuration réflective est analysée afin de proposer une alternative au design possédant un grism. L'instrument opère dans la bande L (3.5 - 4 µm) dans laquelle l'eau et le méthane ont de fortes signatures spectrales, et vise à atteindre un pouvoir de résolution de R=2000. Les différentes considérations liées à la spectroscopie au sol sont présentées. Plusieurs méthodes pour réduire l'aberration hors axe sont égalements étudiées. Le spectrograph est analysé à l'aide d'un logiciel de ray-tracing (CODE-V) et optimisé pour répondre aux exigences scientifiques.