Interférométrie avec des guides d'ondes optiques : théorie et applications

Interferometry with optical waveguides : theory and applications

• Auteur / Autrice : Pierre Mège
• Direction : Alain Chelli, Fabien Malbet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Benech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain G. Petrov
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stuart B. Shaklan, Michel Tallon

Résumé

Depuis une décennie l'optique guidée monomode a fait son apparition en interférométrie stellaire astronomique. Si le filtrage spatial monomode au foyer d'un fibre optique est bien compris d'un point de vue expérimental, il l'est beaucoup moins d'un point de vue théorique. Le travail fourni dans cette thèse apporte des éléments de réponse concernant la physique du filtrage modal. La première partie de ce manuscrit est consacrée à la modélisation de la propagation au sein d'une fibre optique circulaire. L'analyse modale a été étendue au spectre des modes rayonnés par la fibre optique, dépassant ainsi l'approximation au premier ordre du couplage sur le mode fondamental. Cette extension originale permet de rendre compte de la dynamique de l'évacuation du rayonnement non filtré, problématique cruciale en ce qui concerne les méthodes de coronographie interférentielle ('' nulling interferometry ''). Dans la deuxième partie de cette thèse, je m'intéresse à la propagation de la cohérence partielle dans un interféromètre fibré monomode. Je définis la visibilité modale vue par l'interféromètre et démontre que cette mesure est biaisée et sensible aux conditions atmosphériques par des effets de champ de vue. L'interprétation correcte des mesures nécessite une reconstruction du lobe d'antenne expérimental du système.

Single-mode guided optics has become a major tool for stellar astronomical interferometry. The first part of this manuscript describes how the electromagnetic field propagates along a circular fiber. I have developed a semi-analytical model for beam propagation inside a fiber, funded on the modal analysis of the electromagnetic field. This model is able to take onto account of multi-mode guided modes as well as, and it is a new attempt in interferometry, on radiation modes of the dielectric structure. Radiation modes are at the heart of the question of how pure is the spatial filtering performed by a single mode fiber, a major concern of nulling interferometry. In the second part of the manuscript the question of how partial coherence propagates inside a fibered interferometer is addressed. I extend the notion of launching efficiency to a source of any size under quasi-monochromatic conditions. I show that the visibility measurements are in the more general case sensitive to pupil-field of view size effects as well as on atmospheric turbulence. Correct interpretations of these measurements require the same techniques as those encountered in radio-astronomy, such as antenna pattern calibration and map division.