Propagation optique et correction en forte turbulence

par Nicolas Védrenne

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers

Sous la direction de Julien Borgnino et de Vincent Michau.


  • Résumé

    L’optique adaptative multi-conjuguée (OAMC) a été proposée en astronomie pour augmenter le champ de correction de l’optique adaptative. En imagerie terrestre, les effets de la turbulence atmosphérique sont plus importants : le champ de correction est encore plus faible et les effets diffractifs de la propagation ne peuvent être négligés. L’objectif de cette thèse est de déterminer les performances et les limites de l’OAMC lorsque les effets de la propagation sont pris en compte. Pour cette étude, nous nous sommes placés dans une configuration idéale où les effets de la turbulence sont simulés par deux couches parfaitement conjuguées avec deux miroirs déformables. Nous avons montré que l’OAMC pourrait permettre d’apporter une correction satisfaisante même dans les cas de très fortes perturbations. La limitation ultime de la correction est due à la troncature de la pupille qui provoque en particulier des fluctuations d’intensité dans le plan image de la pupille. Nous avons proposé un modèle de réponse impulsionnelle prenant en compte ces effets. Nous avons montré que ces fluctuations représentent un problème majeur pour la mise en œuvre d’une OAMC en perturbant la mesure de front d’onde. Parallèlement, en se plaçant dans le cadre des faibles perturbations, nous avons évalué analytiquement les corrélations des mesures de l’analyseur de Shack-Hartmann (pentes et intensités) en fonction du profil de Cn2. Nous avons utilisé ce formalisme pour étudier l’erreur d’anisoplanétisme sur les mesures de front d’onde par Shack-Hartmann avec un objet étendu. Nous avons ensuite montré qu’il était possible de l’appliquer à la détermination du profil de Cn2 par inversion des mesures.

  • Titre traduit

    Optical propagation and correction in strong turbulence


  • Résumé

    Multi-conjugate Adaptive Optics (MCAO) has been suggested in astronomy to increase the correction field of adaptive optics. The effects of atmospheric turbulence are stronger in case of near to ground observations: the correction field is smaller and diffractive effects of the propagation can no longer be neglected. The main purpose of this work is to study MCAO performances and limitations when the diffractive effects of the propagation are taken into account. We have considered an ideal configuration of two layers and two exactly conjugated dynamical mirrors. We show that MCAO may provide a good correction even if perturbations are strong. We observe that the limitation to a perfect correction comes from pupil truncation effects. They cause intensity fluctuations in the conjugated plane of the pupil. We propose a model of the point spread function which takes into account those effects. Concerning intensity fluctuations, we demonstrate that they can strongly affect wavefront measurement and therefore jeopardise MCAO systems operation. Finally, in the framework of the small perturbations approximation, we have expressed analytically the correlations between Shack-Hartmann data (slopes and intensities) as functions of the Cn² profile. This formalism is used to study anisoplanatism effects on wavefront measurement with a Shack-Hartmann operating on extended sources. We also demonstrate that it can be used to recover the Cn² profile by data inversion.

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  • Détails : 1 vol. (293 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 279-293. Résumés en français et en anglais

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  • Cote : 08NICE4085

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