Mise en place de processus de génération de somme de fréquences optiques large bande dediés à l'imagerie haute résolution pour l'astronomie

Implementation of broadband sum frequency generation process dedicated to high-resolution imaging in astronomy

• Auteur / Autrice : Jean-Thomas Gomes
• Direction : François Reynaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique, Photonique et Systèmes. Photonique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astronomie

Spectres infrarouges

Détecteurs de photons

Cohérence (optique)

Fibres optiques

Niobate de lithium

Interféromètres

Mots clés libres

Somme de fréquences

Ppln

Magnitude limite.

Résumé

Les interféromètres stellaires à très haute résolution angulaire sont des dispositifs performants qui permettent une étude approfondie de notre Univers. Cette thèse décrit un nouvel instrument, baptisé interféromètre à somme de fréquences, dédié à l’analyse de la cohérence spatio-temporelle de rayonnements infrarouges autour de 1550nm en les transposant vers les longueurs d’onde visibles autour de 630nm. Cette transposition fréquentielle est réalisée au moyen de processus de somme de fréquences, alimentés par une source laser à 1064nm, et générés dans les cristaux de PPLN mis en place sur chacun des bras de l’instrument. La première partie de ce manuscrit donne les éléments théoriques nécessaires à la compréhension des travaux présentés. La deuxième partie concerne la conception, la réalisation et la caractérisation d’un interféromètre à somme de fréquences adapté à l’analyse de sources infrarouges spectralement étendues. La troisième partie présente la caractérisation expérimentale de la cohérence temporelle d’une source infrarouge large bande spectrale. Elle se solde par la démonstration expérimentale de l’analyse de la cohérence spatiale d’une source thermique artificielle en régime de comptage de photons. La dernière partie traite de la possibilité d’étendre la bande spectrale de fonctionnement de l’interféromètre et démontre l’apparition un effet de compression spectrale en fréquences dans les cristaux de PPLN. Elle se conclut par le projet de mise en place de l’instrument sur le site du réseau de télescope CHARA et fournit une estimation de la magnitude limite accessible en combinant ce dispositif à différentes configurations de l’interféromètre.

Stellar interferometers dedicated to high angular resolution imaging are powerful instruments that allow an extensive study of our Universe. This thesis describes a new instrument, called sum frequency generation interferometer, dedicated to the spatio-temporal coherence analysis of infrared radiations in the visible domain around 630nm thanks to frequency shift processes. This frequency shift is achieved through a sum frequency generation process, supplied by a laser source at 1064 nm, in the PPLN crystals placed on each arm of the interferometer. The first part of this thesis provides the theoretical elements needed for the understanding of the present work. The second part concerns the design, the realization and the characterization of a sum frequency generation interferometer suitable for the analysis of broadband infrared sources. The third part presents the experimental temporal coherence analysis of such a source. It ends by the experimental demonstration of the spatial coherence analysis of an artificial thermal source in the photon counting regime. The last part deals with the possibility to extend the spectral bandwidth of the interferometer and shows the appearance of a frequency spectral compression effect through the PPLN crystals. It concludes with the proposed implementation of a sum frequency generation interferometer on the CHARA telescope array and provides an estimation of the limiting magnitude reached by combining this instrument to different configurations of the interferometer.