Étude de techniques d'imagerie à haut contraste basées sur la cohérence

High contrast imaging techniques using coherence

• Auteur / Autrice : Raphaël Galicher
• Direction : Gérard Rousset, Pierre Baudoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique adaptative

Exoplanètes

Imagerie en astronomie

Coronographes

Résumé

Depuis 1995, environ 350 exoplanètes ont été détectées mais seule une dizaine l'a été directement à cause de plusieurs contraintes. D'abord, les projections de l'étoile hôte et de sa planète sur la sphère céleste sont très proches - quelques fractions de secondes d'arc. Ceci impose un diamètre minimum pour le télescope et un système compensant les perturbations atmosphériques. Ensuite, le flux lumineux de l'étoile hôte est entre 106 et 1010 fois plus fort que celui de la planète. Un instrument tel un coronographe, réduisant le flux stellaire sans affecter le flux planétaire est requis. En aval de cet instrument, les défauts optiques du télescope et de ses instruments deviennent limitants et doivent être compensés ou estimés. Pendant ma thèse, j'ai étudié sur des plans théoriques et expérimentaux deux techniques : le coronographe à quatre quadrants à étages multiples~(MFQPM) pour atténuer le flux stellaire et la self cohérent camera~(SCC) qui minimise l'impact des aberrations optiques en utilisant l'incohérence entre lumières stellaires et planétaires. J'ai montré en laboratoire qu'un prototype non optimisé du MFQPM fournissait une extinction achromatique de l'étoile centrale de 103-104 entre 550 et 750nm. Puis, j'ai montré par simulations que la SCC s'associe aisément avec un coronographe de type Lyot et qu'en utilisant ses deux modes de fonctionnement - analyseur de front d'onde en plan focal et imagerie différentielle -, des planètes de type Terre pouvaient être détectées de l'espace sous des conditions réalistes. J'ai également mesuré un défaut réel de phase via la SCC sur le banc d'Imagerie Très Haute Dynamique.

Only 3% of known exoplanets have been directly detected up to now for several reasons. First, they are very close to their parent star, which sets a minimum telescope size and requires the use of an atmospheric turbulence compensator. Then, the star is so bright compared to its planet (106 to 1010) that the reduction of its flux through a coronagraph is mandatory. Finally, we need to compensate or estimate optical aberrations which drastically limit the coronagraph performances. During my PhD Thesis, I worked on two instruments: the Multi-stage Four Quadrant Phase Mask (MFQPM) coronagraph to reduce the star light, and the Self-Coherent Camera (SCC) which minimizes optical errors using incoherence between star and planet lights. In a laboratory experiment, I showed that 103-104 star flux reduction is possible from 550 et 750nm with a non-optimized~MFQPM. Then, I numerically demonstrated that SCC can be associated with a Lyot style coronagraph to provide Earth-like planet detection from space and under realistic assumptions. That technique works in two steps : focal plane wavefront sensing and differential imaging. Finally, I provided a SCC phase measurement in a laboratory experiment.