Je nis ce chapitre presentant les dispositifs achromatiques, par une solution tres simple: les lames demi-onde (=2). Cette solution est une version simpli ee des dispositifs par transmission presentes au debut de ce chapitre et possede donc une largeur spectrale utilisable plus limitee.
Il existe deux types de lames =2 du commerce:
le cas simple d'une lame composee d'un seul materiau: du Quartz, et le second cas un couple de materiaux: generalement du Quartz et du MgF2. A cause de sa birefringence, le
Quartz possede deux indices di erents selon les etats de polarisation :no pour l'indice ordinaire
et ne pour l'indice extraordinaire. Une compensation sommaire de la phase est possible gr^ace
a la dispersion di erentielle entre les deux indices. Si on tourne deux quadrants de 90(1), le
dephasage devient nalement pour les deux polarisations: 2 :(no() ?n e()):e = ! (n o() ?n e()):e = =2 (4.14)
Pour des lames composees par du Quartz, on trouve ainsi une epaisseur qui minimise la phase autour de de l'ordre de 330 m. Cette achromatisation n'est que partielle, du fait de la faible dispersion des deux indices du Quartz. Il faut noter que par construction les plaques ont une precision sur l'epaisseur de l'ordre de 1 micron. On a donc un ecart de 2
soit
3:5:10 ?2
radian PTV pour une resolution spectrale R=12.
Une achromatisation plus poussee peut ^etre realisee avec les lames demi-ondes comportant deux materiaux birefringents di erents, le Quartz et le MgF2. Dans ce dernier cas on obtient
un de 0.1 radian pour R=2 (Voir Figure 4.25). On doit rechercher les epaisseurs ea eteb avec
quatre indices di erents: na
o() et n a
e() pour l'indice ordinaire et extraordinaire du Quartz
et nb
o() et n b
e() pour l'indice ordinaire et extraordinaire du MgF
2. On doit donc minimiser
l'expression suivante (voit Eq 4.15) pour la bande spectrale consideree. (na o() ?n a e())Quar tz:e a ? ? nb o() ?n b e() Mg F2:e b ?=2 = 0 (4.15)
Le schema suivant, nous montre l'e et d'un 4 quadrants constitue par des lames demi-ondes comportant deux materiaux sur une lumiere incidente non polarisee.
2 MgF2
MgF Quartz
(axe optique ordinaire)
4Q design E B k Quartz E B k
(axe optique ordinaire)
Figure 4.23: Action des lames demi-ondes du commerce constituees par deux materiaux di e- rents cristallins: du Quartz et duMgF2. A gauche, l'action sur une onde incidente polarisee. A
droite, le design optique correspondant pour le 4 Quadrants.
(1): Le vecteur ? !
E tourne de 180
quand on tourne les quadrants de 90
4. Achromatisation du dephasage de 95 T M T o na o na o na o na e na e na e na e na e nb e nb e nb e nb o nb o nb o nb o nb MgF2 E M λ/2 T E T TM E T M T E T M T E T
Etat des Polarisations à la sortie du 4Q
Lumière non polarisée
Quartz
Masque 4Q avec les lames
Figure 4.24: Etat des deux polarisations T M et
T
E apres un masque 4 Quadrants, constitue de
lames demi-onde dont deux sont tournees a 90. A la sortie on se retrouve bien en opposition
de phase entre deux quadrants adjacents.
Figure 4.25: Exempled'achromatisationavec des lames demiondes du commerce(Quartz/MgF 2
4. Achromatisation du dephasage de 96 Pour une utilisation au sol avec une optique adaptative classique du type NAOS cela semble susant, car les residus de phase apres une optique adaptative sont souvent plus importants ou du m^eme ordre de grandeur. Cette voie semble donc interessante pour faire un essai au sol, mais des problemes d'integration importants avec les optiques adaptatives actuelles comme NAOS au VLT (ajout du masque dans CONICA) ou PUEO au CFHT (ajout du masque dans Grif) restent a resoudre pour la mise en place du composant achromatique.
4.5 Conclusion
Dans ce present chapitre de these, j'ai developpe des algorithmes de minimisation de la phase pour deux di erents types d'achromatisation (en transmission et en re exion) relatif aux masques de phase a 4 Quadrants. D'autres voies sont a l'etude comme les ZOG (Zero Order Grating) par Dimitri Mawet de l'Universite de Liege (Mawet D. et al. 2002). Cette premiere etude a neanmoins demontre que l'achromatisation du dephasage de semblait possible pour une largeur de bande de l'ordre de R=3 a 5 avec un residu sur la phase compris entred = 4:10?3
et d = 8:10?3 radian rms. Cela implique que le taux de rejection sera de l'ordre de 105 sur
l'energie totale soit pres de 106 sur le pic maximum (si on reprend le rapport 10 determine sur
le banc coronographique entre la rejection totale sur le maximum des residus). Ces valeurs sont susantes en infrarouge thermique pour la detection des planetes telluriques autour des etoiles proches avec des instruments du type DARWIN/TPF. Concernant le cas d'un coronographe visible, le taux de rejection sera tres nettement insusant pour la detection d'exo-planetes, a cause de la di erence de magnitude elevee (m > 18).
La voie d'achromatisation par transmission avec des materiaux dielectriques semble assez dicile a mettre en oeuvre pour la realisation du masque de phase car la precision nanometrique a obtenir sur la di erence de marche semble dicile a atteindre. Concernant par contre la solution par re exion, celui-ci semble plus prometteur, mais une inconnue existe neanmoins sur la possibilite de rattraper les erreurs des epaisseurs en direct pendant le processus de dep^ot des couches minces.
En n, il est interessant de noter que les instruments au sol ne necessitent qu'une achro- matisation faible pouvant ^etre obtenue par exemple avec de simples lames demi-ondes. Ceci est possible du fait que contrairement aux instruments spatiaux le rapport de Strehl est sensi- blement degrade par la turbulence atmospherique m^eme corrige par les optiques adaptatives. Cela a donc pour e et de rel^acher les contraintes d'achromatisation de la phase sur les masques coronographiques utilises sur un telescope au sol. Cette voie est par exemple tres interessante pour le projet VLT-PF de l'ESO.
Coronographie sur le NGST
5.1 Presentation du NGST
En octobre 2001, un consortium regroupant les Europeens sous l'egide de l'ESA se cree pour pouvoir proposer un instrument sur NGST operant dans l'infrarouge thermique entre 5?28m.
Les instituts francais montrent leur interet pour le developpement du module imagerie, les Anglais et les Ecossais pour le module spectroscopie a moyenne resolution. Le P.I est Gilian Wright de l'Observatoire d'Edinburgh (Ecosse) Le P.I de l'imageur est Pierre-Olivier Lagage du CEA/SaP. Une equipe regroupant donc le SaP (P-O Lagage , Didier Dubreuil, Philippe Galdemard), le LAM de Marseille pour la mecanique de la roue, et l'Observatoire de Meudon pour la partie coronographie a donc ete sollicitee pour la realisation de l'imageur MIRI (Middle Infra-Red Imager).
Nous sommes actuellement a la n de la Phase A, celle-ci a dure 9 mois au cours desquels le concept optique a beaucoups evolue pour tendre vers une solution simpli ee qui sans renier les performances a permis de satisfaire les criteres de speci cation (poids, volume, co^ut, abilite, etc ...). La partie coronographique a ete longue a mettre en route pour plusieurs raisons:
{ choix du concept coronographique { evaluation des performances possibles { evaluation des problemes techniques
Je presenterai donc ces di erents aspects dans cette partie de la these. La NASA a choisi le design optique du telescope le 10 Septembre 2002, lors de la reunion de la n de Phase A a l'ESTEC. Le choix c'est porte sur le design de TRW. Nous y reviendrons plus en detail dans la partie simulation numerique. Maintenant presentons l'instrument MIRI dans son ensemble.