Étude d'une optique adaptative pour l'astronomie dans le visible PDF Download
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Author: Sandrine Thomas Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 232
Book Description
De nombreux systèmes d'optique adaptative (OA) sont de nos jours en opération sur différents télescopes de diamètre inférieur a 10m. Ils délivrent des images a la limite de la diffraction principalement dans l'infra-rouge. De nos jours, les projets scientifiques poussent a la construction de télescopes de diamètre de plus en plus large, pour voir mieux et plus loin, rendant la construction d'OA plus ambitieuse. De plus, il est intéressant de corriger la turbulence sur un champ de vue plus large que les quelques arcs secondes obtenu avec une OA classique. Enfin, la région visible du spectre est également riche, même si très peu d'OA sont orientes vers ces longueurs d'ondes pour des raisons techniques. SOAR Adaptive Module (SAM) est une OA prévue pour travailler dans le visible et sur un champ de vue de 3 arcmin. SAM repose sur une nouvelle technique appelée GLAO (Ground Layer Adaptive Optics), corrigeant uniquement la partie basse de la couche atmosphérique, ce qui permet d'augmenter le champ de vue sur lequel la correction est uniforme. Apres une description de GLAO ainsi que MCAO, je donne dans cette thèse des résultats d'études de différents éléments ainsi que des résultats de simulations. Enfin, je me suis intéressée a une application particulière d'une OA qui est l'étude de la multiplicité des étoiles pour éclairer le vaste domaine de la formation des étoiles. J'ai principalement étudie les binaires serrées ainsi que les naines brunes et leur appartenance a des systèmes hiérarchiques plus importants.
Author: Sandrine Thomas Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 232
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De nombreux systèmes d'optique adaptative (OA) sont de nos jours en opération sur différents télescopes de diamètre inférieur a 10m. Ils délivrent des images a la limite de la diffraction principalement dans l'infra-rouge. De nos jours, les projets scientifiques poussent a la construction de télescopes de diamètre de plus en plus large, pour voir mieux et plus loin, rendant la construction d'OA plus ambitieuse. De plus, il est intéressant de corriger la turbulence sur un champ de vue plus large que les quelques arcs secondes obtenu avec une OA classique. Enfin, la région visible du spectre est également riche, même si très peu d'OA sont orientes vers ces longueurs d'ondes pour des raisons techniques. SOAR Adaptive Module (SAM) est une OA prévue pour travailler dans le visible et sur un champ de vue de 3 arcmin. SAM repose sur une nouvelle technique appelée GLAO (Ground Layer Adaptive Optics), corrigeant uniquement la partie basse de la couche atmosphérique, ce qui permet d'augmenter le champ de vue sur lequel la correction est uniforme. Apres une description de GLAO ainsi que MCAO, je donne dans cette thèse des résultats d'études de différents éléments ainsi que des résultats de simulations. Enfin, je me suis intéressée a une application particulière d'une OA qui est l'étude de la multiplicité des étoiles pour éclairer le vaste domaine de la formation des étoiles. J'ai principalement étudie les binaires serrées ainsi que les naines brunes et leur appartenance a des systèmes hiérarchiques plus importants.
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L'OPTIQUE ADAPTATIVE CORRIGE EN TEMPS REEL LES EFFETS DE LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE ET PERMET D'ATTEINDRE DES IMAGES A HAUTE RESOLUTION AVEC DES INSTRUMENTS ASTRONOMIQUES. CEPENDANT, LA QUALITE DE CORRECTION EST LIMITEE A DE PETITS CHAMPS D'OBSERVATION PAR LE PHENOMENE D'ANISOPLANETISME. CET EFFET SE PRODUIT, PAR EXEMPLE, LORSQUE L'OBJET ASTRONOMIQUE OBSERVE EST SEPARE ANGULAIREMENT DE LA SOURCE DE REFERENCE DU SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE. UNE ANALYSE THEORIQUE GENERALE DES FONCTIONS DE CORRELATION PERMET UNE BONNE MODELISATION DES DIFFERENTES VARIETES D'ANISOPLANETISME. J'ETUDIE LA QUALITE DES IMAGES DONNEES PAR LE SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE EN CONSIDERANT LA PROJECTION MODALE DES SURFACES D'ONDE SUR LA BASE DES POLYNOMES DE ZERNIKE. DE CES RESULTATS, JE DEDUIS LES PERFORMANCES DES GRANDS TELESCOPES EQUIPES D'UNE ETOILE GUIDE ARTIFICIELLE. JE DISCUTE DES TECHNIQUES DE CORRECTION DE L'IMAGE EN ASTRONOMIE SOLAIRE EN UTILISANT UNE ESTIMATION DES FONCTIONS DE TRANSFERT OPTIQUE A LARGE CHAMP APRES CORRECTION DU SYSTEME. J'APPLIQUE NOTAMMENT CES RESULTATS AU CAS PARTICULIER DU MAGNETOGRAPHE THEMIS. JE MONTRE QUE LA STABILISATION DE L'IMAGE EST PARTICULIEREMENT ADAPTEE AUX CAS DES CORRECTIONS A GRAND CHAMP D'OBSERVATION AVEC UNE RESOLUTION DE L'IMAGE MOYENNE ALORS QUE LA CORRECTION DES MODES D'ORDRE ELEVE PERMET D'OBTENIR UNE RESOLUTION DE TRES HAUTE QUALITE AU PRIX D'UN CHAMP D'OBSERVATION TRES REDUIT. FINALEMENT, LES RESULTATS OBTENUS SUR LE SITE ASTRONOMIQUE DU CERGA AVEC L'EXPERIENCE ATLAS POUR MESURER LES EFFETS D'ANISOPLANETISME AVEC UNE ETOILE GUIDE ARTIFICIELLE SONT PRESENTES
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L'avènement des Extremely Large Telescopes (ELT) est imminent. Cette nouvelle génération de télescopes ouvrira la voie vers des observations astronomiques toujours plus fines. Les futurs instruments nécessitent des optiques adaptatives de plus en plus sophistiquées pour corriger les effets de la turbulence et atteindre les performances requises. L'analyse de front d'onde est un élément fondamental de l'optique adaptative. Les analyseurs requièrent un flux relativement élevé pour être efficaces, notamment lors de l'estimation de hauts ordres, qui sont nécessaires pour obtenir une bonne correction. Comme le ciel est pauvre en étoiles brillantes, on utilise souvent des étoiles laser, produites par excitation d'un volume de sodium dans la haute atmosphère. Malheureusement, on ne peut pas estimer correctement un tip/tilt avec ces étoiles artificielles. De plus, le focus mesuré est biaisé à cause de l'instabilité en altitude de la couche de sodium. La mesure de ces trois aberrations doit donc pouvoir être faite sur une étoile naturelle de très faible luminosité. On peut alors se demander quelle stratégie adopter pour l'analyse des bas ordres à faible flux. De manière plus générale, les techniques d'analyse de front d'onde sont en pleine évolution pour répondre aux nouveaux besoins de l'optique adaptative. Il est donc important de comparer les stratégies d'analyse en terme de sensibilité et de dynamique. La thèse s'appuie sur un nouveau concept d'analyseur de surface d'onde : LIFT (LInearized Focal-plane Technique). Cet analyseur permettra d'estimer le tip/tilt et le focus sur une étoile naturelle faible, afin de compléter l'analyse faite sur les étoiles lasers, de façon plus efficace qu'avec les moyens actuels. Le premier but de la thèse est d'optimiser et de valider LIFT expérimentalement. Pour cela, j'ai d'abord étudié les propriétés de convergence de l'algorithme et la propagation du bruit afin de déterminer les paramètres optimaux. J'ai ensuite testé le concept de LIFT en laboratoire sur des phases statiques, puis sur le ciel grâce au système d'optique adaptative du télescope Gemini Sud, GeMS. La linéarité de l'estimation malgré la présence de hauts ordres résiduels, dus à la correction imparfaite de l'optique adaptative, a été validée en boucle ouverte, et nous pouvons maintenant envisager une validation finale en intégrant LIFT dans une boucle fermée. Dans un deuxième temps, j'ai étudié la propagation du bruit dans un analyseur dérivé de LIFT, le Shack-Hartmann LIFTé. Cet analyseur divise la pupille à l'aide de micro-lentilles astigmatiques, et une estimation par LIFT est faite dans chaque sous-pupille. Il permettra une estimation de hauts ordres plus précise qu'avec un Shack-Hartmann classique. Le dernier objectif est de comparer les analyseurs existants, en termes de propagation de bruit, pour l'estimation sur étoile naturelle des bas ordres d'une part, cas d'application de LIFT, et des hauts ordres d'autre part, dans le cas d'une optique adaptative extrême par exemple. Cette étude permet de motiver l'utilisation de LIFT et du Shack-Hartmann LIFTé dans des systèmes d'optique adaptative.
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Il y a quelques années commençait le projet d'équiper l'interféromètre GI2T de l'observatoire de Calern (France) d'une optique adaptative à correction partielle fonctionnant dans le visible. Les spécifications ont conduit à la réalisation d'un système à 31 sous-pupilles analysant avec une fréquence d'échantillonnage de 2500Hz. Pour respecter l'enveloppe budgétaire il a été développé un nouvel analyseur de front d'onde à courbure d'un coût bien inférieur aux analyseurs habituellement utilisés. Nous présentons dans ce mémoire les tests de caractérisation. Après avoir décrit et caractérisé le système, nous présentons les mises au point nécessaires au démarrage du système de contrôle concluant au bon fonctionnement du nouvel analyseur de surface d'onde. Le calculateur en temps réel à été hérité d'un développement conjoint de l'ONERA et de la société Shaktiware. Nous avons dû apporter un certain nombre de modifications à ce contrôleur pour le faire fonctionner avec 31 sous-pupilles. Nous proposons une étude de la fonction de transfert de notre système et des optimisations envisageables pour le choix des algorithmes de contrôle. Notre optique adaptative n'est pas limitée à une utilisation sur l'interféromètre GI2T et nous avons étudié et commencé son installation sur le télescope de 1,5 mètres du Laser-Lune de l'Observatoire de Calern. La série de tests en laboratoire à pu montrer le bon fonctionnement de notre système et des simulations nous prédisent cependant des corrections permettant d'obtenir un rapport de Strehl de 0,15 à 635nm pour un télescope de 1,5 mètres dans des conditions moyennes.
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L'OPTIQUE ADAPTATIVE EST UNE TECHNIQUE QUI PERMET DE CORRIGER EN TEMPS REEL LES EFFETS DE LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE, ET D'OBTENIR AINSI DEPUIS LE SOL, AU MOYEN DE TELESCOPES ASTRONOMIQUES DE GRAND DIAMETRE, DES IMAGES A HAUTE RESOLUTION ANGULAIRE. JE PRESENTE DANS CE MEMOIRE LA CONCEPTION, L'INTEGRATION ET LA MISE EN OEUVRE D'UN SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE, ADONIS, DESTINE A ETRE UTILISE PAR UNE LARGE COMMUNAUTE D'ASTRONOMES SUR LE TELESCOPE DE 3,60 METRES DE L'EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY (ESO), AU CHILI ET A SERVIR DE PROTOTYPE POUR LE VERY LARGE TELESCOPE (VLT). LES PERFORMANCES DE CET INSTRUMENT, QUI PERMET D'ATTEINDRE LA LIMITE DE DIFFRACTION DU TELESCOPE POUR DES LONGUEURS D'ONDE D'OBSERVATION SUPERIEURES OU EGALES A 1,6 M, SONT VALIDEES. JE DETAILLE EGALEMENT LA METHODOLOGIE D'OBSERVATION SPECIFIQUE A L'OPTIQUE ADAPTATIVE. LE COUPLAGE DE L'OPTIQUE ADAPTATIVE ET DE LA CORONOGRAPHIE PERMET D'ACCEDER SIMULTANEMENT A UNE HAUTE RESOLUTION ANGULAIRE ET A UNE DYNAMIQUE IMPORTANTE DANS L'IMAGE. C'EST UN OUTIL PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTE A L'ETUDE DE L'ENVIRONNEMENT IMMEDIAT DES ETOILES LES PLUS PROCHES ET NOTAMMENT A LA RECHERCHE DE MATIERE SOMBRE, EVENTUELLEMENT PRESENTE SOUS FORME DE DISQUES DE POUSSIERE OU D'OBJETS DE TRES FAIBLE MASSE. JE DECRIS UN MODE CORONOGRAPHIQUE DEVELOPPE POUR L'INSTRUMENT ADONIS ET J'ANALYSE LES PREMIERS RESULTATS OBTENUS AVEC CELUI-CI DANS DEUX DOMAINES DE RECHERCHE ASTROPHYSIQUES : LA RECHERCHE SYSTEMATIQUE DE DISQUES DE POUSSIERE AUTOUR D'ETOILES A EXCES INFRAROUGE DE LA SEQUENCE PRINCIPALE ET L'ETUDE DE SYSTEMES D'ETOILES DOUBLES DONT L'UNE DES COMPOSANTES EST UNE ETOILE DE TRES FAIBLE MASSE. JE PRESENTE EGALEMENT DES RESULTATS OBTENUS DANS DEUX AUTRES DOMAINES DE LA PHYSIQUE STELLAIRE.
Author: Pierre Kern Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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SEVEREMENT LIMITE PAR LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE, LES GRANDS TELESCOPES AU SOL NE SONT PAS CAPABLES D'ATTEINDRE LEUR LIMITE DE RESOLUTION INTRINSEQUE DE MANIERE DIRECTE. EN FONCTIONNEMENT NORMAL, ILS NE PEUVENT PAS RESOUDRE PLUS DE DETAILS, AUX LONGUEURS D'ONDES DU VISIBLE ET DU PROCHE INFRAROUGE QU'UN TELESCOPE DE QUELQUES DECIMETRES DE DIAMETRE. LA TECHNIQUE D'OPTIQUE ADAPTATIVE DECRITE ICI, OFFRE L'AVANTAGE SUR LES AUTRES TECHNIQUES, D'UN TRAITEMENT DU FRONT D'ONDE AVANT LA DETECTION DU SIGNAL. LORSQUE LA DETECTION N'EST PAS LIMITEE PAR LE BRUIT PROPRE DU SIGNAL INCIDENT CE TRAITEMENT PERMET D'AMELIORER SIGNIFICATIVEMENT LE RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT. LA CORRECTION EST REALISEE PAR UN MIROIR DEFORMABLE DONT LES COMANDES SONT CALCULEES A PARTIR DES MESURES DES PERTURBATIONS DE LA SURFACE D'ONDE. LES LIMITATIONS DE CETTE INSTRUMENTATION SONT DONNEES PAR LE NOMBRE D'ACTUATEURS DU MIROIR, LA PRECISION DE LA MESURE DU FRONT D'ONDE, LIEE AU FLUX DISPONIBLE POUR REALISER LA MESURE, ET A LA BANDE PASSANTE DE L'ASSERVISSEMENT. CETTE BANDE PASSANTE EST SURTOUT LIEE A LA FREQUENCE D'ECHANTILLONNAGE DU SIGNAL D'ERREUR, ET A LA VITESSE DE CALCUL DANS LA BOUCLE D'ASSERVISSEMENT. NOUS DONNONS LA DESCRIPTION D'UN INSTRUMENT TESTE EN OBSERVATOIRE AU COURS DE L'AUTOMNE 1989. LE FRONT D'ONDE CORRIGE AU MOYEN D'UN MIROIR DEFORMABLE DE 19 ACTUATEURS, A PERMIS D'OBTENIR EN TEMPS REEL, DES IMAGES LIMITEES PAR LA DIFFRACTION POUR DES LONGUEURS D'ONDE SUPERIEURES A 2,2 M, AU FOYER COUDE DU TELESCOPE DE 1,52 M DE L'OHP. LA MESURE DE LA PERTURBATION EST REALISEE PAR UN ANALYSEUR DE SHACK-HARTMANN DE 55 SOUS-PUPILLES POUR ECHANTILLONNER LE SIGNAL A UNE FREQUENCE DE 100 HZ. LA BANDE PASSANTE OBTENUE EST DE 9 HZ EN BOUCLE OUVERTE A 0 DB. LES RESULTATS QUI SONT PRESENTES ILLUSTRENT L'INTERET DE CETTE TECHNIQUE POUR L'IMAGERIE INFRAROUGE EN ASTRONOMIE
Author: François Roddier Publisher: Cambridge University Press ISBN: 052155375X Category : Science Languages : en Pages : 421
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Adaptive optics is set to revolutionise the future of astronomy; this is the first book on the subject and is set to become the standard reference.
Author: Jean-Marc Conan Publisher: ISBN: Category : Imaging systems in astronomy Languages : fr Pages : 341
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L'OPTIQUE ADAPTATIVE CORRIGE EN TEMPS REEL LES EFFETS DE LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE ET PERMET D'OBTENIR DES IMAGES A HAUTE RESOLUTION AVEC DES INSTRUMENTS ASTRONOMIQUES DE GRANDES DIMENSIONS. APRES UNE ANALYSE THEORIQUE DE L'EVOLUTION TEMPORELLE DES FRONTS D'ONDE TURBULENTS, NECESSAIRE A UNE BONNE MODELISATION DU SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE, J'ETUDIE LA QUALITE DES IMAGES DONNEES PAR UN TEL SYSTEME ; LA CORRECTION DEVIENT PARTIELLE POUR LES FAIBLES LONGUEURS D'ONDE D'IMAGERIE OU LORSQUE LES CONDITIONS DE TURBULENCE SONT PARTICULIEREMENT SEVERES. UNE SIMULATION NUMERIQUE RIGOUREUSE DU SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE PERMET D'ILLUSTRER LES RESULTATS THEORIQUES. JE COMPARE ENSUITE LE RAPPORT SIGNAL A BRUIT DE L'IMAGERIE LONGUE POSE ET DES TECHNIQUES SPECKLES EN PRESENCE DE CORRECTION PAR L'OPTIQUE ADAPTATIVE. JE MONTRE QUE CES DERNIERES SONT PARTICULIEREMENT ADAPTEES AUX CAS DE CORRECTIONS TRES PARTIELLES ALORS QUE L'IMAGERIE LONGUE POSE DOIT ETRE PLUTOT RESERVEE AUX CAS DE BONNES CORRECTIONS. QUELLE QUE SOIT LA TECHNIQUE UTILISEE, LA RESTITUTION D'UN OBJET A UNE RESOLUTION PROCHE DE LA DIFFRACTION NECESSITE UN TRAITEMENT D'IMAGE A POSTERIORI. JE DISCUTE ESSENTIELLEMENT DES TECHNIQUES DE DECONVOLUTION APPLICABLES AUX IMAGES LONGUE POSE OBTENUES EN OPTIQUE ADAPTATIVE: DECONVOLUTION EN AVEUGLE, OU UTILISANT UNE ESTIMATION DE LA FONCTION D'ETALEMENT DE POINT A PARTIR DES DONNEES DE L'ANALYSEUR DE FRONT D'ONDE OU D'UNE IMAGE D'ETOILE DE CALIBRATION. DE CES RESULTATS OBTENUS EN IMAGERIE A UN TELESCOPE JE DEDUIS LES PERFORMANCES D'UN INTERFEROMETRE CONSTITUE DE GRANDS TELESCOPES EQUIPES DE SYSTEMES D'OPTIQUE ADAPTATIVE. J'ESTIME NOTAMMENT LE RAPPORT SIGNAL A BRUIT SUR LES VISIBILITES MESUREES EN LONGUE POSE OU EN TECHNIQUE SPECKLE
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EAGLE est un instrument de MOAO en cours d'étude de faisabilité (phase A) sur le futur ELT européen. Il sera équipé de 20 voies scientifiques de correction permettant d'effectuer des observations spectroscopiques de 20 galaxies réparties dans un champ d'environ 5 minutes d'arc. Les ASO des voies d'analyse sonderont la turbulence grâce à 6 étoiles laser ainsi que 5 étoiles naturelles présentes dans tout le champ. Dans le cadre de la R&D pour le programme EAGLE, un démonstrateur technique est prévu : CANARY aura pour but de démontrer la faisabilité du principe de la MOAO sur le ciel, il sera installé en 2010 sur le télescope WHT (William Herschel Telescope) aux îles Canaries. La thèse proposée s'inscrit dans le cadre de EAGLE et plus particulièrement du démonstrateur CANARY, avec pour but d'analyser les 2 points durs cités plus haut et de proposer des solutions.Dans un premier temps, l'utilisation du banc de recherche et développement en optique adaptative SESAME a permis de valider le principe du contrôle en boucle ouverte. De nombreux tests de miroirs déformables utilisant différentes technologies susceptibles d'êtres utilisés pour EAGLE ont été effectués. Des méthodes de calibrations ont ainsi été développées et testées instrumentalement sur le banc SESAME. Dans un deuxième temps, la thèse a consisté à développer un nouveau type d'algorithme de tomographie, fonctionnant en boucle ouverte, et permettant notamment de mesurer le profil de turbulence directement à partir des données issues de l'instrument. Cet algorithme a également l'avantage de permettre de calibrer l'instrument. Il a été testé et validé sur SESAME ainsi qu'en simulation, et sera appliqué sur le ciel dans le cadre du démonstrateur CANARY [extrait du résumé].
Author: Sandrine Thomas
Author: Sandrine Thomas
Author: Guillaume Molodij
Author: Cédric Plantet
Author: Slim Hamdani
Author: Jean-Luc Beuzit
Author: François Chassat
Author: Pierre Kern
Author: François Roddier
Author: Jean-Marc Conan
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