Soutenance de thèse de Anne-Laure CHEFFOT

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : INSTRUMENTATION
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Analyseur de front d'onde,miroir segmente,Phasage,multi-longueur d'onde,
Keywords
wavefront analyser,Segmented telescope,phasing,multi-wavelength,
Titre de thèse
mesure de co-phasage pour télescopes segmentés
co-phasing measurement for segmented telescopes
Date
Jeudi 24 Septembre 2020 à 14:00
Adresse
LAM - Laboratoire d’Astrophysique de Marseille Pôle de l’Étoile Site de Château-Gombert 38, rue Frédéric Joliot-Curie 13388 Marseille cedex 13 FRANCE
amphithéatre
Jury
Directeur de these M. Emmanuel HUGOT Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Examinateur M. Jean-Luc BEUZIT Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Rapporteur Mme Maud LANGLOIS Centre de Recherche Astronomique de Lyon
Rapporteur M. Enrico PINNA INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri

Résumé de la thèse

La prochaine génération de télescopes collecteront la lumière avec des miroirs dont la surface est équivalentes a environ 130 copies sur papier A4 imprimé sur un seul côté du présent manuscrit ou 6,52.10-18 UA2 (si les Unités Astronomique vous parle mieux). La fabrication et le transport d'un miroir fait d'une seule pièce de verre aussi large est un défi titanesque. Á l'heure de l'écriture de ces lignes, la seule solution est de recomposé ce miroir à partir de segments de miroir plus petit, de l'ordre de 1,22 m2 (soit environ 20 pages A4). En contre-partis il faudra déployé un système complexe de méthodes de mesures et d'ordinateurs travaillant ensemble pour que le télescope produise des images de hautes qualité. Ce manuscrit de thèse décrit des méthodes de mesure optique. Ces méthodes doivent être capable de mesuré des variation plus petite que la taille du virus SARS-CoV-2 (soit environ 100 nm). Ce manuscrit fera d'abord l'état de l'art des méthodes optique disponible puis détaille deux approches. L'état de l'art aborde les avancées des analyseur de front d'ondes les plus populaire tel que le Shack-Hatrmann et le pyramide. Cette partie se conclut sur l'utilisation des méthodes optiques dans les télescopes segmenté présent et futur. Le deuxième chapitre est dédié à l'interféromètre de shear multi-longueurs d'onde. L'interféromètre a la capacitée de mesuré avec une précision de 10 nm sur une gamme dynamique de 100 µm (environ l'épaisseur d'un cheveu). Cette méthode est utilisée pour quantifier la position d'un seul segment. L'interféromètre de shear est formulé analytiquement et la méthode de reconstruction est détaillée. Les résultat sur un banc d'essai dédié sont exposé puis expliqué. Le troisième chapitre parle de la technique du contraste de phase associé à un scan en longueur d'onde. Cette technique permet de mesuré le co-phasage de tous les segments à la fois avec une précision de 112 nm sur une gamme dynamique de 10 µm. Un banc d'essai a permis de tester cette méthode. Ce chapitre commence avec un résumé de la composition et des capacités du banc d'essai. Le scan en longueur d'onde et l’analyseur à contraste de phase sont introduit. Les résultats des test sur le banc d'essai sont exposé et permettent la caractérisation d'une erreur connu. Une simulation permet d'identifié que l'alignement du senseur de contraste de phase est le paramètre le plus critique parmi ceux testé. La construction de la matrice d'interaction synthétique est discutée. Un équivalent de la clôture de phase est détaillé dans la dernière section.

Thesis resume

The next generation of telescopes will have light collecting surfaces that can be covered by about 130 A4-paper single sided copies of the present work or 6,52.10-18 AU2 (if you prefer Astronomical Units). Producing and handling such a large, monolithic glass mirror would be considerable challenge. So far, the only foreseen solution is to slice this surface into more manageable segments of roughly 1,22 m2 (or 20 A4-pages). All these segments still need to behave like a single piece of glass for the telescope to deliver high quality images. This is achieved through a complex set of measurement devices and computers working together. The present PhD dissertation deals with the optical measurement means. The measurements need to be precise enough to detect variations below the size of SARS-CoV-2 (about 100 nm). After a brief description of the state of the art, the details and performances of two techniques are exposed. The state of the art gives an overview of some of the most popular measurement devices such as the Shack-Hartmann and the pyramid wavefront sensor. It also elaborates on their use in current and future segmented telescopes. The first technique scrutinised is the multi-wavelength shearing interferometry. It has the capacity to measure with a precision of 10 nm within a range of 100 µm (or a hair thickness). This method is applied to monitor the position of a single segment. The shearing interferometer is described analytically, and the method to analyse the signal is explained and investigated. Results from a test bench are then presented and explained. The second technique - a wavelength scan with a phase contrast sensor - can measure all segments of the mirror at once. It allows to detect variations within a range of 10 µm with a precision of 112 nm in the present configuration. This method was tested on a lab bench. A brief overview of the bench is given before we explain the theory behind the method. The analysis of the measurements explains a previously identified error. A simulation identifies misalignment of the phase contrast sensor as a main offender. We discuss the construction of the interaction matrix. A final section details a modified phase closure algorithm for segmented mirrors.