The WALOPNorth Instrument: optical, electronic, mechanical and software design

Abstract

PASIPHAE, which stands for the Polar-Areas Stellar Imaging in Polarization High-Accuracy Experiment, is a survey designed to measure the linear polarization of numerous stars. Using this data, the goal is to map the magnetic field within dust clouds in the Milky Way. Valuable information for future CMB B-mode experiments seeking inflationary gravitational waves can be found on this map, offering specific details on line-of-sight integration effects. The creation of this map will not only enhance the process of removing the CMB polarization foreground, but it will also significantly influence a diverse range of astrophysical studies, including interstellar medium physics, high-energy astrophysics, and the evolution of the Galaxy. For the needs of this survey, 2 Wide Area Linear Optical Polarimeters (WALOPs) were manufactured in IUCAA, India by joint effort and funding from the University of Crete and the Institute of Astrophysics - Foundation for Research and Technology Hellas. The instruments will be installed in the South African Astronomical Observatory in Sutherland, South Africa in the southern hemisphere, and the Skinakas Observatory in Crete, Greece, in the north, provident a concurrent survey of both hemispheres. In this thesis, I aim to inform the members of PASIPHAE but also all others interested about the process of designing an instrument like WALOP. In order to do that, one has to first comb through the working principles of optics, polarimetry, as well as software design. After that, I will present the process of the design of WALOPNorth, its subsystems and software.

Το PASIPHAE, που αποτελεί συντομογραφία του Polar-Areas Stellar Imaging in Polarization High-Accuracy Experiment, είναι μια έρευνα που έχει σχεδιαστεί για να μετρήσει τη γραμμική πόλωση πλήθους άστρων. Με τη χρήση αυτών των δεδομένων, ο στόχος είναι να αποτυπωθεί ο μαγνητικός πεδίο μέσα στα σύννεφα σκόνης του Γαλαξία. Πολύτιμες πληροφορίες για μελλοντικά πειράματα CMB B-mode που αποσκοπούν στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από τον πληθωρισμό μπορούν να αντληθούν από αυτόν τον χάρτη, προσφέροντας συγκεκριμένες λεπτομέρειες για τα φαινόμενα ενσωμάτωσης κατά μήκος της οπτικής γραμμής. Η δημιουργία αυτού του χάρτη δεν θα ενισχύσει μόνο τη διαδικασία αφαίρεσης του foreground της πόλωσης του CMB, αλλά θα επηρεάσει σημαντικά και ένα ευρύ φάσμα αστροφυσικών μελετών, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής του μεσοαστρικού μέσου, της υψηλής ενέργειας αστροφυσικής και της εξέλιξης του Γαλαξία. Για τις ανάγκες αυτής της έρευνας, κατασκευάστηκαν δύο ευρυγώνιοι οπτικοί πολωσιόμετροι γραμμικής πόλωσης (WALOP) στο IUCAA, Ινδία, μέσω κοινής προσπάθειας και χρηματοδότησης από το Πανεπιστήμιο Κρήτης και το Ινστιτούτο Αστροφυσικής - Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ). Τα όργανα θα εγκατασταθούν στο South African Astronomical Observatory στο Sutherland, Νότια Αφρική στο νότιο ημισφαίριο, και στο Αστεροσκοπείο Σκίνακα στην Κρήτη, Ελλάδα, στο βόρειο ημισφαίριο, προσφέροντας ταυτόχρονη χαρτογράφηση και των δύο ημισφαιρίων. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, στοχεύω να ενημερώσω τα μέλη του PASIPHAE αλλά και όλους όσους ενδιαφέρονται για τη διαδικασία σχεδίασης ενός οργάνου όπως το WALOP. Για να γίνει αυτό, πρέπει πρώτα να εξεταστούν οι βασικές αρχές της οπτικής, της πολωσιμετρίας, καθώς και της σχεδίασης λογισμικού. Στη συνέχεια, θα παρουσιάσω τη διαδικασία σχεδίασης του WALOPNorth, τα υποσυστήματα και το λογισμικό του.