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Concept design of low frequency telescope for CMB B-mode polarization satellite LiteBIRD

Authors :
Mario G. Lattanzi
Carlo Baccigalupi
François Levrier
J. M. Duval
J. Austermann
M. Brilenkov
B. Thorne
Eiichiro Komatsu
D. Rambaud
T. Nagasaki
Peter Shirron
H. Imada
Nozomu Kogiso
Jeff Van Lanen
H. Takakura
T. Kawasaki
Lionel Duband
Ingunn Kathrine Wehus
Y. Hoshino
Tadayasu Dotani
Enrique Martinez-Gonzalez
Tucker Elleflot
S. Beckman
T. Kaga
Shogo Nakamura
A. Kato
Giorgio Savini
S. Bounissou
S. Mandelli
Peter Charles Hargrave
Francois Boulanger
Julien Grain
S. Realini
Reijo Keskitalo
Bruno Maffei
Y. Nagano
Davide Maino
D. Herman
Michael R. Vissers
B. Mot
R. Banerji
N. Katayama
James A. Beall
Johannes Hubmayr
Tomotake Matsumura
Shugo Oguri
G. Patanchon
S. Basak
S. Takakura
Créidhe O'Sullivan
Massimo Gervasi
Y. Takase
S. Stever
A. Carones
Raphael Flauger
F. J. Casas
T. de Haan
Yasuhiro Murata
T. Prouvé
Douglas Scott
P. Vielva
Toshiya Namikawa
Mayu Tominaga
Yuki Sakurai
Luca Lamagna
Eric Hivon
S. Nerval
Ken Ebisawa
Noriko Y. Yamasaki
Julian Borrill
Shingo Kashima
Hajime Sugai
M. De Petris
R. Nagata
Ted Kisner
D. W. Curtis
A. Mennella
P. de Bernardis
Alexandre E. Adler
Misao Sasaki
Jiansong Gao
Kam Arnold
K. Ganga
T. Ghigna
Kazunori Kohri
Ben Westbrook
R. Aurlien
T. Toda
Yasuhiro Takeda
U. Fuskeland
Alessandro Gruppuso
Giuseppe Puglisi
A. Ritacco
I. Kreykenbohm
C. Leloup
M. A. Dobbs
Jochen Weller
Joel N. Ullom
Chao-Lin Kuo
M. Migliaccio
Charles A. Hill
E. Allys
Nicola Vittorio
T. Yoshida
R. Takaku
Thomas Essinger-Hileman
Alessandro Paiella
J. Aumont
Berend Winter
Junji Yumoto
Yutaka Terao
Aritoki Suzuki
T. Hasebe
Toshiyuki Nishibori
A. Cukierman
P. Campeti
Y. Hirota
Alan J. Kogut
Josquin Errard
S. Sugiyama
L. P. L. Colombo
Anthony Challinor
Yohei Kobayashi
A. Kushino
Gemma Luzzi
Makoto Nagai
M. Sandri
Christopher Raum
Giuseppe D'Alessandro
Masashi Hazumi
Masaya Hasegawa
Renée Hlozek
Silvia Masi
Joseph Seibert
F. Piacentini
J. A. Murphy
Greg Jaehnig
Jose Alberto Rubino-Martin
Davide Poletti
Michael L. Brown
Blake D. Sherwin
Daniela Paoletti
Joshua Montgomery
F. Columbro
Gianluca Morgante
J. Bermejo
M. Tomasi
Haruki Nishino
P. Diego-Palazuelos
Hirokazu Ishino
T. Iida
Kazuhisa Mitsuda
Haruyuki Sakurai
Keith L. Thompson
Javier Cubas
Neil Trappe
Keisuke Shinozaki
Adrian T. Lee
Hiroyuki Ohsaki
Martina Gerbino
D. Herranz
M. Tsuji
Marco Bersanelli
Nadia Dachlythra
M. Russell
E. Gjerløw
Maresuke Shiraishi
E. de la Hoz
Eric V. Linder
Graeme Smecher
Eric R. Switzer
Erminia Calabrese
G. Roudil
Mario Zannoni
T. Maciaszek
L. Pagano
D. Auguste
Frank Grupp
Kosei Ishimura
Fabrizio Villa
Kuniaki Konishi
I. S. Ohta
G. Signorelli
J. Bonis
A. Tartari
Jun-ichi Suzuki
R. B. Barreiro
J. F. Cliche
M. Maki
Douglas H Beck
Ricardo Genova-Santos
A. J. Banday
M. Galloway
T. L. Svalheim
Fabio Finelli
L. A. Montier
H. K. Eriksen
Nicoletta Krachmalnicoff
Karen C. Cheung
Cristian Franceschet
Matthieu Tristram
V. Chan
G. Polenta
Clive Dickinson
N. W. Halverson
Kiyotomo Ichiki
Yuji Chinone
Mathieu Remazeilles
Giampaolo Pisano
Jon E. Gudmundsson
J. Peloton
M. Reinecke
Shannon M. Duff
Carole Tucker
Y. Minanmi
Gene C. Hilton
Martin Bucher
P. A. R. Ade
G. Vermeulen
K. Komatsu
Norio Okada
Thibaut Louis
Sophie Henrot-Versille
Edward J. Wollack
Paolo Natoli
Hideo Ogawa
Jörn Wilms
E. Taylor
Andrea Zonca
Makoto Hattori
Radek Stompor
Masahiro Tsujimoto
Yutaro Sekimoto
Marcin Gradziel
H. Thommesen
Zmuidzinas, Jonas
Sekimoto, Y
Ade, P
Adler, A
Allys, E
Arnold, K
Auguste, D
Aumont, J
Aurlien, R
Austermann, J
Baccigalupi, C
Banday, A
Banerji, R
Barreiro, R
Basak, S
Beall, J
Beck, D
Beckman, S
Bermejo, J
de Bernardis, P
Bersanelli, M
Bonis, J
Borrill, J
Boulanger, F
Bounissou, S
Brilenkov, M
Brown, M
Bucher, M
Calabrese, E
Campeti, P
Carones, A
Casas, F
Challinor, A
Chan, V
Cheung, K
Chinone, Y
Cliche, J
Colombo, L
Columbro, F
Cubas, J
Cukierman, A
Curtis, D
D'Alessandro, G
Dachlythra, N
De Petris, M
Dickinson, C
Diego-Palazuelos, P
Dobbs, M
Dotani, T
Duband, L
Duff, S
Duval, J
Ebisawa, K
Elleflot, T
Eriksen, H
Errard, J
Essinger-Hileman, T
Finelli, F
Flauger, R
Franceschet, C
Fuskeland, U
Galloway, M
Ganga, K
Gao, J
Genova-Santos, R
Gerbino, M
Gervasi, M
Ghigna, T
Gjerløw, E
Gradziel, M
Grain, J
Grupp, F
Gruppuso, A
Gudmundsson, J
de Haan, T
Halverson, N
Hargrave, P
Hasebe, T
Hasegawa, M
Hattori, M
Hazumi, M
Henrot-Versillé, S
Herman, D
Herranz, D
Hill, C
Hilton, G
Hirota, Y
Hivon, E
Hlozek, R
Hoshino, Y
de la Hoz, E
Hubmayr, J
Ichiki, K
Iida, T
Imada, H
Ishimura, K
Ishino, H
Jaehnig, G
Kaga, T
Kashima, S
Katayama, N
Kato, A
Kawasaki, T
Keskitalo, R
Kisner, T
Kobayashi, Y
Kogiso, N
Kogut, A
Kohri, K
Komatsu, E
Komatsu, K
Konishi, K
Krachmalnicoff, N
Kreykenbohm, I
Kuo, C
Kushino, A
Lamagna, L
Lanen, J
Lattanzi, M
Lee, A
Leloup, C
Levrier, F
Linder, E
Louis, T
Luzzi, G
Maciaszek, T
Maffei, B
Maino, D
Maki, M
Mandelli, S
Martinez-Gonzalez, E
Masi, S
Matsumura, T
Mennella, A
Migliaccio, M
Minanmi, Y
Mitsuda, K
Montgomery, J
Montier, L
Morgante, G
Mot, B
Murata, Y
Murphy, J
Nagai, M
Nagano, Y
Nagasaki, T
Nagata, R
Nakamura, S
Namikawa, T
Natoli, P
Nerval, S
Nishibori, T
Nishino, H
O'Sullivan, C
Ogawa, H
Oguri, S
Osaki, H
Ohta, I
Okada, N
Pagano, L
Paiella, A
Paoletti, D
Patanchon, G
Peloton, J
Piacentini, F
Pisano, G
Polenta, G
Poletti, D
Prouvé, T
Puglisi, G
Tambaud, D
Raum, C
Realini, S
Reinecke, M
Remazeilles, M
Ritacco, A
Roudil, G
Rubino-Martin, J
Russell, M
Sakurai, H
Sakurai, Y
Sandri, M
Sasaki, M
Savini, G
Scott, D
Seibert, J
Sherwin, B
Shinozaki, K
Shiraishi, M
Shirron, P
Signorelli, G
Smecher, G
Stever, S
Stompor, R
Sugai, H
Sugiyama, S
Suzuki, A
Suzuki, J
Svalheim, T
Switzer, E
Takaku, R
Takakura, H
Takakura, S
Takase, Y
Takeda, Y
Tartari, A
Taylor, E
Terao, Y
Thommesen, H
Thompson, K
Thorne, B
Toda, T
Tomasi, M
Tominaga, M
Trappe, N
Tristram, M
Tsuji, M
Tsujimoto, M
Tucker, C
Ullom, J
Vermeulen, G
Vielva, P
Villa, F
Vissers, M
Vittorio, N
Wehus, I
Weller, J
Westbrook, B
Wilms, J
Winter, B
Wollack, E
Yamasaki, N
Yoshida, T
Yumoto, J
Zannoni, M
Zonca, A
Astrophysique
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS (LPTENS)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energies (LPTHE)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Observatoire de Paris - Site de Paris (OP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI)
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Institut Néel (NEEL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)
LiteBIRD
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département des Systèmes Basses Températures (DSBT )
Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire des Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale (LCCS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS [École Normale Supérieure] (LPTENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Source :
Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 2020, 11453, pp.1145310. ⟨10.1117/12.2561841⟩, Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy X, Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, 2020, 11453, pp.1145310. ⟨10.1117/12.2561841⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
SPIE - The International Society of Optics and Photonics, 2020.

Abstract

LiteBIRD has been selected as JAXA's strategic large mission in the 2020s, to observe the cosmic microwave background (CMB) $B$-mode polarization over the full sky at large angular scales. The challenges of LiteBIRD are the wide field-of-view (FoV) and broadband capabilities of millimeter-wave polarization measurements, which are derived from the system requirements. The possible paths of stray light increase with a wider FoV and the far sidelobe knowledge of $-56$ dB is a challenging optical requirement. A crossed-Dragone configuration was chosen for the low frequency telescope (LFT : 34--161 GHz), one of LiteBIRD's onboard telescopes. It has a wide field-of-view ($18^\circ \times 9^\circ$) with an aperture of 400 mm in diameter, corresponding to an angular resolution of about 30 arcminutes around 100 GHz. The focal ratio f/3.0 and the crossing angle of the optical axes of 90$^\circ$ are chosen after an extensive study of the stray light. The primary and secondary reflectors have rectangular shapes with serrations to reduce the diffraction pattern from the edges of the mirrors. The reflectors and structure are made of aluminum to proportionally contract from warm down to the operating temperature at $5\,$K. A 1/4 scaled model of the LFT has been developed to validate the wide field-of-view design and to demonstrate the reduced far sidelobes. A polarization modulation unit (PMU), realized with a half-wave plate (HWP) is placed in front of the aperture stop, the entrance pupil of this system. A large focal plane with approximately 1000 AlMn TES detectors and frequency multiplexing SQUID amplifiers is cooled to 100 mK. The lens and sinuous antennas have broadband capability. Performance specifications of the LFT and an outline of the proposed verification plan are presented.<br />Comment: 21 pages, 14 figures

Details

Language :
English
ISBN :
978-1-5106-3693-4
978-1-5106-3694-1
ISSN :
0277786X and 1996756X
ISBNs :
9781510636934 and 9781510636941
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng., 2020, 11453, pp.1145310. ⟨10.1117/12.2561841⟩, Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy X, Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, 2020, 11453, pp.1145310. ⟨10.1117/12.2561841⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....6dcfcd4b12cc44f3518121d453040cad
Full Text :
https://doi.org/10.1117/12.2561841⟩