Le banc BRISE

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M´ ethodes pour le cophasage

CHAPITRE 2. M ´ ETHODES POUR LE COPHASAGE

2.4 Le banc BRISE

qualifierons dehauts ordres), principalement dues aux d´efauts d’alignements intra-pupillaires ainsi qu’aux aberrations et d´efauts de surface pr´esents sur les optiques de l’instrument. Les hauts ordre s´electionn´es iront de la d´efocalisation (Polynˆome num´ero 4) `a l’aberration sph´erique (Polynˆome num´ero 11).

2.4 Le banc BRISE

Dans le but de valider des ASOs plan focal, l’ONERA dispose d’un banc exp´erimental : BRISE (Banc Reconfigurable d’Interf´erom´etrie sur Sources Etendues)[Cassaing et al., 2006]. Dans le cadre de cette th`ese, les algorithmes d’ali-´ gnement et cophasage ont pu ˆetre test´es sur ce banc, comme nous pourrons le voir dans le chapitre 6. Le but de la section actuelle est d’en pr´esenter les diff´erents mo-dules.

Parabole hors-axe

Source module

Module de diversité de

phase

Détecteur Miroir

NIRTA

Axe parabole

Figure2.3 – Sch´ema optique du banc utile `a la validation d’algorithmes de cophasage d’instruments multi-pupilles.

2.4.1 Le module source

Une diode laser `a 635 nm coupl´ee `a une fibre optique monomode est utilis´ee comme une source ponctuelle. Le courant appliqu´e aux bornes de la diode est contrˆol´e au moyen d’un boˆıtier Thorlabs. La largeur spectrale de cette source est suffisamment faible (mais n’a pas ´et´e mesur´ee pr´ecisement), afin qu’elle soit consid´er´ee comme

quasi-CHAPITRE 2. M ´ETHODES POUR LE COPHASAGE

2.4.2 Le module de perturbation

Le module de perturbation est compos´e d’une parabole hors axe et du miroir NIRTA. La sortie de fibre est plac´ee au plan focal de la parabole hors axe de diam`etre 165 mm, et de distance focale 1250 mm. Ainsi l’image de la source par la parabole est

`

a l’infini. La source est l´eg`erement d´ecal´ee par rapport `a l’axe optique de la parabole, afin que l’image du miroir segment´e se forme de l’autre cˆot´e de la source par rapport

`

a cet axe optique.

Illustr´e Fig. 2.4, le miroir segment´e est compos´e de 19 sous-pupilles circulaires, s´epar´ees de 20 mm. Un masque pupillaire est appos´e sur le miroir et fait passer le diam`etre apparent des sous-pupilles de 19 mm `a 16 mm chacune. Dans le cadre de notre validation exp´erimentale, le masque est pr´esent ainsi la dilution est fix´ee, par d´efinition, `a 20/16 = 1.25. Chaque segment est pilot´e par 3 actionneurs pi´ezo´electriques (`a droite sur la figure 2.4), dispos´es de mani`ere ´equilat´erale, d´epourvus jauges de contraintes. Ces jauges de contraintes auraient permis d’asservir la position des action-neurs pi´ezo´electriques pour un contrˆole en boucle ouverte. Ainsi, dans notre cas, leur absence entraˆıne une forte hyst´er´esis, et il est donc indispensable d’avoir un contrˆole en boucle ferm´ee lors de la correction des erreurs d’alignement.

Les trois tensions appliqu´ees sur les pi´ezo´electriques sont comprises dans l’in-tervalle [−20,120] Volts (ces derniers ont une mauvaise tol´erance aux tensions trop n´egatives). La panne de certains pi´ezo´electriques nous limite au contrˆole des seg-ments de la premi`ere couronne. Le segment central ne sera pas consid´er´e dans les tests exp´erimentaux, ´etant absent dans la plupart des instruments multi-pupilles.

Figure 2.4 – Gauche : Miroir segment´e NIRTA. Droite : Dessin m´ecanique d’un ac-tionneur pi´ezo´electrique.

2.5. CONCLUSION DU CHAPITRE

2.4.3 Le module de diversit´e

Une fois que le faisceau collimat´e est pass´e par le miroir multi-pupille, il revient en convergent vers le module source et est d´evi´e par un miroir plan. Le point focal est dans le plan focal objet d’une lentille de focalef1 = 38mm qui recollimate le faisceau.

Une fois le faisceau recollimat´e, il est divis´e en deux voies par un cube s´eparateur.

L’une des voies forme une image focale sur le d´etecteur, et l’autre forme une image l´eg`erement d´efocalis´ee. Les deux lentilles pour la formation d’image sont identiques, de focalef2 = 76mm. Le grandissement du module de diversit´e est donc def2/f1 = 2.

Le d´etecteur est une cam´era CCD de 1200 par 1400 pixels carr´es de 6.45µ m. Son champ est assez grand pour avoir en simultan´e les deux images focale et d´efocalis´ee en mˆeme temps sur deux parties diff´erentes du d´etecteur. La dynamique du d´etecteur est de 214 = 16384 ADU, et son gain est de 1. Le constructeur annonce un bruit de d´etection avec un ´ecart-type d’environ 5 ADU RMS.

2.4.4 Le module de contrˆole

Le module de contrˆole, ou Interface Homme-Machine (IHM), est g´er´ee par le logiciel Labview. Ce dernier assure l’acquisition des images, l’appel au calculateur IDL (donc les algorithmes d´evelopp´es) et les envois de commande de tension. Diff´erents modes sont disponibles sur l’IHM :

• Le mode mesure consiste `a appliquer une s´erie de tensions ou coefficients d’aber-ration de Zernike aux miroirs, et acqu´erir les images les unes apr`es les autres.

Ce mode est utilis´e notamment pour ´etablir la matrice d’interaction des miroirs, puis la matrice de commande n´ecessaire pour convertir un coefficient de Zernike (en nanom`etres) en une tension appliqu´ee sur les miroirs (en Volts). L’acquisition de la matrice de commande n’est pas d´evelopp´ee dans ce manuscrit, nous nous sommes appuy´es sur les travaux de [Denolle, 2013].

• Le mode boucle ferm´ee permet de faire l’acquisition d’image(s), l’analyse de surface d’onde en faisant appel `a IDL, puis l’application de la correction sur les miroirs de mani`ere ind´efinie et contrˆol´ee par un gain. Lorsque le gain est de 0, nous dirons que nous sommes dans le cas de la boucle ouverte.

Des ´el´ements sur l’´etalonnage et l’alignement du banc seront fournis dans le cha-pitre6.

2.5 Conclusion du chapitre

Le chapitre1 a pr´esent´e la probl´ematique `a laquelle nous tentons de r´epondre du-rant la th`ese : la validation d’une proc´edure compl`ete d’alignement et de cophasage pour un instrument multi-pupille. Nous avons pr´esent´e dans le chapitre2les diff´erents outils et m´ethodes disponibles pour le d´eveloppement, le test et l’´evaluation de perfor-mances d’estimateurs de phase.

La seconde partie du manuscrit pr´esente le travail effectu´e au cours de la th`ese pour r´epondre `a la probl´ematique, au moyen des outils qui ont ´et´e mis `a disposition.

CHAPITRE 2. M ´ETHODES POUR LE COPHASAGE

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