Analyse de front d'onde en plan focal : algorithmes analytiques pour miroirs segmentés

par Enguerran Delavaquerie

Thèse de doctorat en Optique et traitement d'image

Sous la direction de Gérard Lemaitre.

Soutenue en 2010

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

Le président du jury était Hugues Giovannini.

Les rapporteurs étaient Pierre Chavel, Nicolas Treps.


  • Résumé

    Les instruments optiques à pupilles multiples permettent d'obtenir de très hautes résolutions angulaires en mettant en réseau des télescopes, ou en utilisant des surfaces réfléchissantes segmentées. Pour fournir une résolution optimale, les sous-pupilles de ces instruments doivent être cophasées, c'est-à-dire alignées en piston et basculement, à l'aide 'un capteur de front d'onde. Placé au foyer de l'instrument, le capteur peut mesurer les aberrations instrumentales perturbant les observations, en utilisant des techniques d'analyse de l'image telles que le phase retrieval et de la diversité de phase. Cependant, ces estimateurs ont l'inconvénient d'être itératifs et donc potentiellement coûteux en temps de calcul. Sur la base d'un nouveau formalisme décrivant de manière simplifiée le modèle de formation d'image, de nombreux algorithmes peuvent être dérivés pour la résolution du problème inverse. Ces différents algorithmes peuvent prendre en compte l'extension de l'objet, la géométrie de la pupille, le nombre et la nature des plans de mesure,. . . Dans une première étape, les travaux portent sur la mesure des pistons différentiels e,tre les sous-pupilles, principaux contributeurs à l'erreur d'alignement, dans le cadre d'observation d'un point source ou d'un objet étendu. Plusieurs estimateurs, analytiques et linéaires, ont été dérivés. La validation des estimateurs s'est déroulée en deux étapes. Des simulations numériques ont montré, pour certaines configurations pupillaires, un comportement très proche à celui des estimateurs itératifs précédents. Des mesures expérimentales sur un miroir segmenté confirment le bon comportement des algorithmes dans des conditions réelles. Ces premiers résultats confirment la validité de l'approche suivie.

  • Titre traduit

    Focal plane wevefront sensing : analytical algorithms for segmented mirrors


  • Résumé

    High angular resolutions can be obtained with multiple-pupil optical systems when coupling several sub-apertures or when using a segmented pupil. In order to reach the highest resolutions, the disconnected surfaces must be aligned. The phasing of these surfaces, i. E. The measure and the correction of differential aberrations over the segments, must be done. Focal plane wavefront sensing techniques can take advantage of the imaging plane to perform the measure. Thus, phase retrieval and phase diversity methods are perfectly fitted for that purpose. However, these estimators mainly use iterative methods to perform their measurements and cannot be used in real-time operations. A new formalism is used to build many algorithms that can solve analytically the inverse problem. These algorithms can take account of the extension of the object, the geometry of the pupil, the number and the nature of the measurement plan. . . In a first approach of this solution, this work focuses on the measurement of the differential piston between sub-pupils, which is the main contributor to the alignment error, when using a point source or an extended object. Several analytical estimators are built. A two-step validation follows. Numerical simulations show that, for particular pupil configurations, the algorithms are as efficient as the usual iterative ones. Experimental measurements, performed on a mirror with 19 segments, confirm this good performance of the algorithms on real data. These preliminary results prove the validity of the approach.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (176 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 17/11/2012
  • Annexes : Bibliographie : 9 p.

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
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