Study of an achromatic phase shifter "chessboards" in a nulling interferometer for the future characterization of exoplanets

• Auteur / Autrice : Damien Pickel
• Direction : Daniel Rouan, Didier Pelat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interféromètres laser

Déphaseurs

Exoplanètes

Mots clés libres

Interférométrie annulante

Déphasage achromatique

Résumé

La détection directe de planètes extrasolaires est nécessaire à leur caractérisation. Cependant, c'est une tâche difficile à cause de la faible séparation angulaire, et du fort contraste entre l'étoile et sa planète. L'interférométrie annulante est une solution possible, mais elle requiert l'utilisation d'un déphaseur achromatique. Cette thèse en étudie un nouveau, dit «damier de phase». Il s'agit de deux miroirs ou lames transparentes composés de plusieurs cellules, dont la position et le déphasage introduit est contraint par un modèle mathématique. Le principal effet est que pour un niveau d'atténuation donné, plus on augmente le nombre de cellules dans les damiers, et la plus la bande passante s'élargit, ce qui traduit un comportement quasi-achromatique. Un banc optique automatisé a été construit afin de mesurer l'atténuation produite par les damiers dans le visible. Les premiers résultats ont été obtenus avec des damiers fabriqués par photolithogravure sur une lame transparente, et une atténuation d'un facteur 500 a été mesurée avec un laser blanc. Les erreurs sur le déphasage des cellules sont le principal facteur de perte de performances. Or celles engendrées par la fabrication de ce type de damiers étant irréversibles, il a été choisi de travailler avec un miroir segmenté qui permet de les contrôler. Afin de synthétiser les damiers, le contrôle du déphasage effectif de chaque cellule est nécessaire et se fait au moyen de la strioscopie. Ainsi, on a pu mesurer le comportement des damiers en fonction de la longueur d'onde, et valider expérimentalement leur comportement quasi-achromatique des damiers.

Direct detection of exoplanets is mandatory in order to characterize them. However, this is a hard task because of the small angular separation and high contrast between the host star and the planet. Nulling interferometry is one possible way, but it requires an achromatic phase shifter. In this thesis, a new phase shifter is studied, «the chessboards ». It is two mirrors or glass plate made of several cells, which position and phase shift are constrained by a mathematical scheme. The main effect is that for a given attenuation, the spectral bandwidth spreads as the number of cells in the chessboards increases, which gives the chessboards a quasi achromatic behavior. An automated test bench has been built in order to measure the attenuation produced by the chessboards in the visible. The first results have been obtained with chessboards made by photolithography on a glass plate, and an attenuation of 500 has been measured with a white laser beam. The cells' phase shift errors are the major source of loss of performance. Those generated by the fabrication process being irreversible, one chose to work with a segmented mirror that allows us to control the phase shift of each cells. In order synthesize the chessboards, the control of each cells' phase shift is mandatory and achieved by schlieren imaging. Thus, one can measure the chessboards behavior with respect to the wavelength, and experimentally validate the quasi-achromatic behavior of the chessboards.