Analyse de front d'onde pour les optiques adaptatives de nouvelle génération : optiques adaptatives à large champ et optique adaptative extrême

Wavefront analysis for new generation of adaptive optics systems

• Auteur / Autrice : Magalie Nicolle
• Direction : Gérard Rousset, Thierry Fusco, Vincent Michau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Analyseur Shack-Hartmann

Couverture de ciel

Multi-analyse

Résumé

De nombreux facteurs restreignent l’efficacité de l'analyse de front d’onde des systèmes d’optique adaptative (AO) actuels. Les plus importants sont le bruit de mesure et l’anisoplanétisme, dont les effets conjugués limitent à quelques pourcents la couverture de ciel des instruments. Pour cette raison, les nouvelles générations d’AOs ont pour objectif la très haute performance (impliquant entre autres une bonne robustesse au bruit ) et/ou l’élargissement du champ corrigé. Dans ce dernier cas, il faut utiliser plusieurs directions d��analyse. La problématique de l’analyse de front d’onde s’articule alors autour de trois pôles : les étoiles guides dont on dispose, le concept d’analyse de front d’onde choisi et la qualité des mesures des senseurs de front d’onde. L’objectif de cette thèse est d’étudier chacun de ces trois aspects. En premier lieu, une redéfinition de la notion de couverture de ciel est proposée pour les AO à large champ, permettant de prendre en compte la fraction du champ scientifique corrigé, le concept d’analyse de front d’onde utilisé et l’objectif de performance de l’instrument. Une étude comparative des concepts d’analyse de front d’onde Star Oriented et Layer Oriented est ensuite présentée, sur laquelle on s’appuie pour proposer une optimisation de chaque concept. On montre ainsi qu’une fois optimisés ils présentent tous deux des performances très proches. Enfin, on propose une étude comparative de plusieurs estimateurs de pente pour l’analyseur Shack-Hartmann. On propose en particulier l’estimateur centre de gravité pondéré, qui offre à la fois une bonne robustesse au bruit et de bonnes propriétés de linéarité.

Several points restrict the efficiency of the wavefront analysis of actual adaptive optics (AO) systems. The mains ones are the measurement noise and the anisoplanatism. Together, they reduce to a few percents the sky coverage of the instruments assisted by AO. For this reason, rising generation of AO systems aims at the very high performance (implying in particular low measurement noise) and/or the widening of the corrected field. For these wide field AO systems, it is essential to use several directions of analysis. The wavefront analysis problem is then articulated around three items : the available guides stars, the considered wavefront sensing concept and quality of the wavefront sensors measurements. The purpose of this PhD thesis is to study each one of these three aspects. Hence a redefinition of the concept of sky coverage is proposed for wide field AO. The definition suggested here takes into account the number of guide stars and their magnitude, but also the fraction of the scientific field that is really covered, the considered wavefront sensing concept and the expected performance of the instrument. Concerning the wavefront sensing concepts, a comparative study of the Star Oriented and Layer Oriented concepts is presented and an optimization is proposed for each one, leading to very close performance. Finally, a comparison of different wavefront slope estimators is proposed for the Shack-Hartmann wavefront sensor. In particular, a weighted center of gravity estimator is studied, that offers a good robustness to noise and good properties of linearity. This last study is usefull as well for wide field AO as for very high performance AO.