Le corrélateur optique fibré MONA

Le coupleur triple MONA est le coeur de l’instrument VINCI. A ce titre, ses performances doivent être optimales, pour ne pas affecter la qualité des mesures. Son principe de fonctionnement est présenté sur la Figure 22. Le mode Autotest permet de vérifier à tout moment, lors des opérations de test ou d'observation, que la recombinaison de la lumière sur la table VINCI fonctionne de manière nominale. Il permet donc de contrôler la fiabilité et la stabilité interne de l'instrument. Dans ce mode, la table VINCI reçoit directement la lumière provenant de la source LEO située à environ trois mètres de distance, dans le laboratoire interférométrique.

Transmissions photométriques

La boîte de recombinaison MONA est constituée de trois coupleurs à fibres optiques qui répartissent la lumière provenant des deux injections sur les quatre sorties I1, I2, PA et PB. Quatre pourcentages différents de la lumière injectée à l'entrée se retrouvent sur les quatre sorties. La mesure de ces pourcentages permet de vérifier que les coupleurs ne présentent pas de dérive optique au cours du temps, signe d'un vieillissement prématuré.

Figure 22. Principe de fonctionnement du coupleur triple MONA (illustration extraite de l'article reproduit à la Section 13.3). Il produit quatre signaux en sortie (PA, PB, I1 et I2) à partir des faisceaux A et B en provenance des télescopes.

Des mesures de référence ont tout d'abord été effectuées chez le constructeur de la boîte MONA, Le Verre Fluoré. Elles sont reproduites dans la Table 6, de même que d'autres mesures effectuées ensuite: après le diagnostic du premier problème sur le coupleur triple, en novembre 2000, puis après le premier réglage en décembre 2000 (essentiellement du coupleur photométrique A) et enfin à Paranal. Le second réglage effectué à Paranal a permis de rétablir les performances de la voie B. Les performances de la voie A ont tendance à nouveau à se dégrader (début août 2001), et nécessiteront probablement un troisième réglage.

Table 6. Coefficients de partage photométriques du coupleur triple MONA.

(en %) TA65 TB65 Date PA PB I1 I2 PA PB I1 I2 10/05/00 39 0 30 32 0 53 24 23 22/11/00 8 0 67 25 0 24 22 53 07/12/00 Premier réglage 13/12/00 38 0 30 32 0 50 23 27 22/02/01 38 0 35 27 0 52 18 30 29/05/01 28 0 56 16 0 56 5 39 11/06/01 Second réglage 12/06/01 32 0 32 36 0 57 21 22 14/06/01 29 0 32 39 0 51 24 25 17/07/01 18 0 41 41 0 42 27 32 20/08/01 15 0 28 57 0 21 54 25

à l’étude. Le suivi des caractéristiques photométriques de MONA a été initié à Paranal peu après les premières franges et se poursuit actuellement de manière semi-automatique grâce à un template spécifique. L'évolution des coefficients de partage de la boîte MONA est claire pour les deux voies d’injection TA65 (Figure 23) et TB65 (Figure 24), bien que les deux sessions de réglage aient ramené les coefficients à l'équilibre (auour de 30 à 50% sur chacune des trois sorties)

Figure 23. Evolution des coefficients de partage de MONA, pour la voie TA65.

Figure 24. Evolution des coefficients de partage de MONA, pour la voie TB65.

Optimisation de la polarisation

polarisation des faisceaux arrivant des télescopes avant de les recombiner dans le coupleur interférométrique.

Lors des premiers tests à Garching, l'optimisation de la polarisation a été faite manuellement, en explorant le domaine de réglage possible de POLA et POLB (nom des deux contrôleurs de polarisation motorisés de la boîte MONA) point par point. Un template (programme de mesures exécuté automatiquement par l'instrument) particulier a ensuite été développé pour automatiser la recherche du maximum de contraste des franges à Paranal, en mode Autotest.

Le principe de la recherche est le suivant: après chaque déplacement d'un des contrôleurs de polarisation, l'intégrale du pic frange dans le spectre de puissance du signal interférométrique combiné du Quicklook est stockée dans un tableau à deux dimensions (pour POLA et POLB). Cette intégrale est proportionnelle au facteur de cohérence carré global produit par l'instrument. A la fin du balayage, la carte ainsi constituée (voir Figure 25 pour un exemple) permet de trouver la position optimale des contrôleurs.

Figure 25. Exemple de carte du facteur de cohérence carré m2 en Autotest (en pourcentage de la valeur maximale) en fonction de la position des controleurs de polarisation POLA et POLB de la boîte MONA.

La position du maximum est en principe stable aussi longtemps que l'état de polarisation des faisceaux n'est pas modifié. Dans la pratique, la position évolue avec la température, en liaison avec l'évolution de l'efficacité interférométrique et des coefficients de transfert photométriques (Section 4.2.5).

La position des contrôleurs POLA et POLB est pour l'instant effectuée en mode Autotest uniquement, et non directement sur le ciel, du fait de certaines limitations informatiques du calcul de visibilité en temps réel. Ceci est la cause d'une optimisation imparfaite lors des observations

stellaires. Cependant, lors des premières franges, l'efficacité globale du VLTI s'est établie à 87%, malgré l'optimisation effectuée en mode Autotest. Il est intéressant de remarquer que l'efficacité interférométrique mesurée en Autotest est notablement moins bonne que sur le ciel. La raison de ce comportement n'est pas claire, alors que la source LEO n'est que très faiblement ou pas polarisée: les mesures (peu précises) effectuées à Garching et à Paranal montrent un taux de polarisation inférieur à 15% pour les deux voies.

Dispersion différentielle

La dispersion dans une fibre optique est causée par la dépendance en longueur d'onde de la constante de propagation, qui dépend de la différence d'indice entre le coeur et la gaine, ainsi que de la structure du guide. L'équilibrage de la dispersion entre les deux segments de fibres situés avant le coupleur interférométrique dans un coupleur triple est un point important de sa réalisation. La dispersion différentielle se manifeste par une courbure sur la phase de la transformée de Fourier des interférogrammes. Sur la bande considérée, l'écart-type de la phase est de 0,04 rad (Figure 26).

La dispersion différentielle est très bien maîtrisée à 1,4.10-6 rad/cm2, pour une spécification de 5.10-6 rad/cm2 sur la bande K. Pour de plus amples informations sur le problème de la dispersion dans un interféromètre à fibres, se reporter à Coudé du Foresto et al. (1995).

Figure 26. Phase d'un interférogramme obtenu en mode Autotest, sur une plage de longueurs d'ondes de 1,95 à 2,30 mm. L'axe des abscisses est gradué en nombre d'ondes (cm-1

)