Optimisation de l'analyse de surface d'onde par filtrage de Fourier pour les systèmes d'optique adaptative à hautes performances

Optimisation of Fourier filtering wavefront sensing for high performance adaptive optics systems

• Auteur / Autrice : Vincent Chambouleyron
• Direction : Thierry Fusco, Benoît Neichel, Olivier Fauvarque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) - Office national d'études et de recherches aérospatiales (France)
• Jury : Président / Présidente : Magali Deleuil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Bond, Frantz Martinache, Henri Bonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Véran, David Mouillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescopes spatiaux

Interférométrie

Ondes

Fourier, Transformations de

Fourier, Optique de

Optique adaptative

Astrophysique

Mots clés libres

Optique adaptative

Analyse de surface d'onde

Optique de Fourier

Analyseur pyramide.

Adaptive Optics

Wavefront sensing

Fourier optics

Pyramid wavefront sensor.

Résumé

Avec les projets titanesques des "extremely large telescopes", l'astronomie mondiale va bientôt se doter d'outils à la puissance inégalée pour sonder l'univers. Ces télescopes suivent la trace de leurs compagnons de taille plus modeste, les télescopes de classe 8 m, dont les prouesses éclairent déjà le paysage scientifique depuis plus d'une vingtaine d'années. Ces télescopes au sol, présents ou futurs, se trouvent pourtant tous amputés d'une partie de leurs capacités dès leur mise en fonctionnement: la turbulence atmosphérique brouille les fronts d'onde de la lumière parvenant des astres, réduisant la résolution angulaire de ces géants à celle de simples télescopes amateurs. Pour lutter contre ce flou qui entache les images du cosmos, les scientifiques ont mis au point une technique appelée optique adaptative. À l'aide d'optiques déformables, cette technique permet de compenser en temps réel les altérations de la lumière dues à l'atmosphère. Cette méthode équipe aujourd'hui tous les plus grands télescopes au sol, et est devenue indispensable pour un grand nombre d'applications astrophysiques. Motivé notamment par la chasse aux exoplanètes, des systèmes d'OA repoussant les limites de performances sont aujourd'hui mis au point. Les limites fondamentales de tels instruments reposent sur la qualité des mesures fournies par le dispositif optique au cœur de cette technique: l'analyseur de surface d'onde (ASO), dont l'objectif est d'estimer les formes imprégnées par la turbulence sur les fronts d'onde. Cette thèse s’intéresse à l’analyse de surface d’onde, et plus particulièrement l’analyse de surface d’onde par filtrage de Fourier

With the huge projects of "extremely large telescopes", world astronomy will soon acquire tools of unequaled power to probe the universe. These telescopes follow in the footsteps of their smaller companions, the 8 m class telescopes, whose feats have already illuminated the scientific landscape for more than twenty years. These ground-based telescopes, present or future, are however losing a part of their capacities as soon as they are put into operation: atmospheric turbulence scrambles the light wavefronts coming from the stars, reducing the angular resolution of these giant instruments to the one of simple amateur telescopes. To combat this blur that taints images of the cosmos, scientists have developed a technique called Adaptive Optics (AO). Using deformable optics, this technique makes it possible to compensate for alterations caused by the atmosphere in real time. This method equips all the largest ground-based telescopes today, and has become essential for a large number of astrophysical applications. Motivated in particular by the hunt for exoplanets, AO systems pushing the limits of performance are now being developed. The fundamental limits of such instruments are based on the quality of the measurements provided by the optical device at the heart of this technique: the wavefront sensor (WFS), whose objective is to estimate the shapes impregnated by the turbulence on wavefronts. This thesis focus on wavefront sensing, and more particularly on Fourier filtering wavefront sensing.