Cophasage de télescopes multi-pupilles sur point source : application à l'interféromètre en frange noire Persée

par Kamel Houairi

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de Vincent Coudé du Foresto.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .

mots clés

• Exoplanètes
• Interférométrie
• Modulation de phase

Résumé

Seulement 20 ans après la découverte de HD114762b, l’exoplanétologie est déjà très riche en découvertes et elle le sera encore très certainement dans les années à venir. L'interférométrie en frange noire, ou nulling, est une des rares méthodes permettant l'observation directe des exoplanètes en s'affranchissant du très fort contraste existant entre la planète et son étoile hôte. Cette méthode exige cependant une égalisation des chemins optiques, ou cophasage, avec une précision nanométrique. Mon manuscrit traite principalement de PERSEE, un banc dont le but est de valider les problématiques du nulling et du cophasage en présence de perturbations réalistes. Le système de cophasage de PERSEE s'appuie sur une modulation spatiale codant l'interférogramme sur 4 points en quasi-quadrature. Après avoir contribué au dimensionnement de PERSEE, j'ai optimisé les algorithmes de démodulation. En outre, la dispersion de la lumière sur 2 bandes spectrales m'a conduit à développer un estimateur de la différence de marche conjuguant grande dynamique et précision. Enfin, je présente les performances expérimentales du système de cophasage que j'ai intégré puis mis en œuvre. Les premiers résultats de PERSEE ont montré une précision sur la stabilisation des faisceaux égale à 0. 8 nm rms, ce qui a permis d'obtenir une profondeur de l'extinction en lumière monochromatique égale à N=6. 2xlO~5±6. 3xlO~6. Ceci démontre ainsi que l'utilisation des 4 sorties d'un interféromètre de Mach-Zehnder modifié, commun au nuller et au système de cophasage, est une solution prometteuse pour les futurs instruments car elle permet de minimiser les aberrations différentielles entre ces deux systèmes.

Titre traduit

Cophasing of multi-aperture telescopes on unresolved sources : application to the dark fringe interferometer persee

Résumé

20 years after the discovery of HD114762b, exoplanetology has been full of discoveries and many exalting results are expected in the coming years. Dark fringe interferometry, or nulling, is one of the methods allowing the direct observation of exoplanets despite the high contrast between the host star and the planet. However, this method needs an equalization of the optical paths, or cophasing, at a nanometric level. My work deals with PERSEE, a tested aiming to validate stabilized nulling in the presence of realistic perturbations. My contribution to PERSEE design allowed to define the best pupil location and to optimize the cophasing System estimators with the proper choice of the spectral bands. These estimators are based on a spatial modulation based on 4 outputs in quasi-quadrature; I optimized the demodulation algorithms and I analyzed the relevance of the spatial modulation. Besides, the dispersion of the light into 2 spectral bands led to the development of an optical path difference estimator combining high range and precision. At last, I present the experimental performance of the cophasing System that I integrated and implemented. PERSEE first results showed a stabilization of the beams with a precision of 0. 8 nm rms, what allowed to reach a monochromatic null depth of N=6. 2x10"5±6. 3x10~6. Thus, this shows that the use of 4 outputs of a modified Mach-Zehnder interferometer, common to the nuller and to the cophasing System, is a promising solution for future instruments since it minimizes the differential aberrations between these 2 Systems.