Mesure du tilt atmosphérique à partir de sa variation chromatique pour l'étoile laser polychromatique
Résumé
The use of large telescope increases the need of adaptive optics, which correct atmospheric turbulence effects. However, this method is limited by the finite number of reference sources. The laser guide star solution create an artificial reference source, anywhere on the sky, above the turbulence layers. But, only the spread of the image can be corrected and not its motion, which is the most important effect. The polychromatic laser guide star allow to correct also this displacement by measuring the chromatic difference of the atmospheric tilt. This differential measurement requires a high accuracy and its feasibility has never been demonstrated. That is why I have designed and realized an experiment, called MaTilD (Manipulation de Tilt Différentiel). And because the measured signal is weak, I have developed two different processings : i) the estimation of the angle of arrival by computing the center of gravity of images, ii) the estimation of the tilt of the wavefront by fitting a model on the images. The chromatism of the tilt has been shown by using the first processing. However, the achieved precision is less than the one I have theoretically predicted. The objective of the second algorithm is to improve the accuracy by overcoming some limitations of the center of gravity method : windowing, image overlapping, high sensitivity to noise,... This method is based on the minimization of a non-linear function in a multidimensional space (typically more than ten parameters). I have contributed to the development and the tests of a new method than reduces significantly the number of dimensions of the minimization space.
L'utilisation de grands télescopes rend de plus en plus nécessaire l'emploi de l'optique adaptative qui permet de corriger l'effet de la turbulence atmosphérique. Toutefois cette technique est limitée par le nombre de sources de référence. L'étoile laser permet de pallier ce manque en créant artificiellement une source lumineuse, que l'on peut placer à volonté sur la voûte céleste, au-dessus des couches turbulentes. Or, par cette technique, on ne mesure que les déformations des images mais pas leur déplacement qui est pourtant l'effet le plus important. L'étoile laser polychromatique propose de le corriger également, à partir de la différence chromatique du tilt atmosphérique. Cette mesure différentielle nécessite une grande précision et sa faisabilité n'avait pas encore été démontrée. Pour cela, j'ai conçu et réalisé une expérience dénommée MaTilD (Manipulation de Tilt Différentiel). Le signal à mesurer étant très faible, j'ai développé deux traitements distincts : i) l'estimation des angles d'arrivée par mesure du centre de gravité des images, ii) l'estimation du tilt de la surface d'onde par ajustement d'un modèle sur les images. Le premier traitement m'a permis de mettre en évidence l'existence du chromatisme du tilt. Mais la précision obtenue est inférieure à ce que prédit l'étude théorique que j'en ai faite. Le but du second algorithme est donc d'améliorer cette précision en s'affranchissant d'une partie des limitations de la mesure du centre de gravité : fenêtrage, chevauchement des images, sensibilité élevée au bruit, ... On est alors dans le cadre général de la minimisation de fonctions non-linéaires dans un espace multidimensionnel (typiquement plusieurs dizaines de paramètres). J'ai contribué au développement et aux tests d'une méthode permettant de réduire significativement le nombre de dimensions de cet espace.
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