Fabrication et assemblage

3.1 Miroir découpeur du prototype MUSE

Tout comme les prototypes « CRAL » et « ESA », les slices du miroir découpeur du prototype MUSE sont en Zérodur et polies avec des techniques classiques par Cybernétix (voir Chapitre 3).

Le processus de fabrication des slices MUSE, présenté sur la Figure 4- 9 est très proche de celles du prototype ESA (Chapitre 3, § 3.3). En effet, dans un premier temps, on polit la surface sphérique d'un bloc de Zérodur connu géométriquement. Ensuite, une lentille est adhérée sur la surface sphérique pour obtenir après la découpe des bords vifs sans éclats. Le bloc est découpé afin d’en extraire deux slices, en prenant garde à polir les surfaces d’adhérence parallèles entre elles et perpendiculaires aux surfaces de référence et à conserver le positionnement du centre de courbure. L’extraction de ces deux slices est rendue possible, car les slices du prototype MUSE sont antisymétriques (par exemple, la slice n°1 est identique en fabrication à la slice n°38). Les tolérances de positionnement du centre de courbure sont trois fois inférieures à celles du prototype ESA : R = 604.63 ± 0.75 mm, ΔXc = ± 50 µm (soit 9’’), ΔYc = ± 100 µm (soit 18’’) et ΔZc = ± 200 µm [5]. La qualité image de la surface active doit être inférieure à λ/2 PTV et celle des surfaces d’adhérence à λ/4 PTV. La hauteur des slices est de 1.59 ± 0.01 mm. Chaque slice est décalée suivant l’axe z afin que toutes les pupilles intermédiaires soient dans le même plan. Pour réaliser ceci, une fois la slice terminée, elle est adhérée moléculairement entre trois blocs de Zérodur par visualisation des franges de coin d’air. Le bloc inférieur est désadhéré afin de polir à la profondeur demandée la slice prise en sandwich avec les deux autres blocs. Lors de cette opération, on prend garde à conserver la perpendicularité des deux faces de référence pour l’assemblage (Figure 4- 9 – à droite).

Figure 4- 9 : Processus de fabrication des slices MUSE. En haut à gauche : Polissage d’un bloc de Zérodur. A droite : Désépaississement d’une slice. En bas à gauche : Une slice MUSE.

Une fois les slices fabriquées, elles sont assemblées par adhésion moléculaire à l’aide d’un trièdre de qualité optique possédant une tige sur le coté de la slice et trois contre sa face arrière. Le processus d’assemblage et de contrôle est identique à celui du prototype ESA (Chapitre 3, § 4.3) et est présenté sur la Figure 4- 10.

Figure 4- 10 : Processus d’assemblage du prototype MUSE. A gauche : Trièdre optique. A droite : Miroir découpeur MUSE

3.2 Ensemble L1 – PLR – FLR – L2 du prototype MUSE

Chaque lentille de l’ensemble L1 – PLR – FLR – L2 a été fabriquée par une société nommé A dans le matériau prévu par le design optique. La fabrication fait appel à des méthodes classiques de polissage. L’observatoire de Lyon est chargé de réaliser les montures mécaniques de chaque lentille. De plus, l’assemblage des quatre lentilles pupille et fente est réalisé dans nos ateliers grâce à des supports mécaniques appropriés et des cales de serrage (Figure 4- 11). Chaque lentille est contrôlée visuellement avant d’être installée sur le banc optique. La Figure 4- 12 présente les lentilles de champ L1 et L2 ainsi que leurs structures mécaniques.

Figure 4- 12 : L1 et L2 et leurs structures mécanique

4 Liste des tests

Après un contrôle visuel des composants individuels constituant le prototype MUSE, ainsi que des mesures de rugosité et de Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) réalisées au Laboratoire des Matériaux Avancés¹ (LMA), ceux-ci sont installés dans leurs supports mécaniques, équipés de différentes platines de translation et de rotation définis dans le plan de test du prototype [6]. Ici encore, ce dernier suit la méthodologie de tests définie au Chapitre 2 et s’articule autour de 5 mesures principales :

• Le test n°1 est dédié à la mesure des positions relatives et absolues des images de la pupille du télescope dans le plan des pupilles intermédiaires, permettant de connaître les angles des slices,

• Le test n°2 étudie les positions relatives des mini fentes et détermine l’espace libre entre chacune d’entre elles dans le plan de la pseudo fente,

• Le test n°3 mesure la longueur et la largeur de chaque fente, permettant ainsi de valider le grandissement du système découpeur d’images,

• Le test n°4 estime la qualité d’image du système par la mesure de PSF dans le plan de la pseudo fente,

• Le test n°5 permet de connaître la dimension de la pupille de sortie afin de remonter au nombre d’ouverture de sortie du système découpeur d’images.

Toutes les spécifications de haut niveau correspondant aux tests précédemment cités sont explicitées dans le Tableau 4- 2. Par la suite, un test complémentaire au test n°1 évaluant l’orientation des faces arrière et latérale du miroir découpeur a été effectué au LAM.

Tout comme les prototypes CRAL et ESA, le banc de tests est équipé d’un module d’illumination et de détection remplissant les mêmes fonctions que celles citées au Chapitre 3 (§5), et représentés sur la Figure 4- 13. Le module de détection est placé sur trois platines de translations motorisées afin que ses déplacements soient connus à quelques microns près.

1 Le Laboratoire des Matériaux Avancés (LMA) est une unité propre de service du CNRS. Il est spécialisé dans l'étude, la réalisation et la caractérisation de couches minces réalisées par différents procédés sous vide (CVD, PVD). Ces dépôts sont utilisés pour des applications optiques (miroirs faibles pertes pour gyrolaser ou interféromètres, antireflets, dichroïques ...) et mécaniques (tenue à la pluvio-érosion, à la corrosion marine). Le laboratoire est en particulier impliqué dans le programme Franco-Italien de détection des ondes gravitationnelles VIRGO (miroirs VIRGO réalisés par le LMA) et le programme américain LIGO.

Las er 2 Spectral Source (Hg or Xe) Filter wheel (465, 577, 823 nm) Integrating sphere Laser 1 Laser 3 L1 PLR FLR Theodolite L2 Folding mirror 1° C C D Camera lens x y z Diaphragms (rectangular aperture or grid of pinholes)

slicer

Pseudo-slit plane

Intermediate pupils plane

Telescope pupil Detection unit

Illumination unit

Figure 4- 13 : Plan schématique du banc de tests du prototype MUSE

Afin d’aligner correctement le banc de test dédié au prototype MUSE, une procédure d’alignement a été élaborée [7] et présentée en Annexe 2.

En effet, la référence optique est donnée par l’axe optique de la lentille L1 qui est matérialisée par autocollimation de deux lasers Hélium Néon (n°1 et n°3 sur la Figure 4- 13). Les lasers 1 – 3 sont placés aux extrémités de la table optique afin que la précision angulaire atteigne 10 secondes d’arc. Les trois axes de translation du module de détection sont alignés sur les axes de référence dont les coordonnées sont repérées sur le rack de commandes des platines. Un autre laser (noté laser 2) perpendiculaire à l’axe de référence est placé à 3 mètres. La perpendicularité entre le laser 1 et 2 s’obtient en plaçant un prisme de référence au niveau du miroir découpeur, donnant ainsi une précision angulaire de 15 secondes d’arc. On remplace alors le prisme par le miroir découpeur. Les faces supérieure (face d’adhérence polie à λ/4) et latérale (référence lors de l’empilement) sont utilisées pour ajuster l’angle autour de l’axe x et z du miroir découpeur grâce au laser 2. L’inclinaison autour de y est réglé par autocollimation des slices inactives sur le laser 3 qui permettra d’aligner le module d’illumination. L’angle de 1° du miroir découpeur est réalisé en intercalant un théodolite entre le laser 2 et le slicer (précision de l’ordre de 3’’).

L’ajustement en translation du miroir découpeur se fait à l’aide du laser 3 qui se réfléchit entre les slices n°19 et 20 donnant un double spot de retour autour de la pupille elliptique. La hauteur et le positionnement suivant l’axe optique du miroir découpeur sont affinés en faisant la mise au point des pupilles intermédiaires sur les masques pupilles. Un tilt de la pupille d’entrée autour de l’axe z induit un effet de « marches d’escalier » que l’on corrige en tournant le masque elliptique et en imageant les pupilles au travers du miroir découpeur et de L1 (sans les PLR, FLR ni L2). Le test n°1 est alors réalisé.

Pour les tests suivants, les autres éléments – PLR, FLR, L2 – sont alignés sur le banc avec les outils précédents. Le barillet de L2 est placé à la bonne distance mécanique par introduction d’une cale et est réglé par autocollimation sur le laser 3. La distance des PLR et FLR à l’axe optique est réglée théoriquement à l’aide des afficheurs numériques de pieds à coulisse montés sur les platines de translation (précision 1/10 de mm). Les PLR et FLR sont placées sur deux disques tournant autour de l’axe z. L’angle est préréglé mécaniquement et ajusté lors de l’observation de mini fentes en marches d’escaliers. Un réglage ultime des tilts θz des FLR est réalisé en observant la pupille de sortie.