J’introduis dans ce chapitre les outils de simulation que j’ai utilisés durant ma thèse. Je commencerai par décrire le code sur lequel je me suis basé pour mettre en place mes simulations (paragrapheIII.1.1) puis les améliorations que j’y ai apportées (paragrapheIII.1.2). Finalement une dernière partie de ce chapitre sera consacrée aux améliorations futures du code.
III.1.1 Le code de simulation numérique MEHICI
Le code de simulation MEHICI (MEudon HIgh Contrast Imaging Code) a été développé en IDL par Raphaël Galicher en 2010. A l’origine, il s’agit d’un code pour simuler les performances d’un télescope spatial en imagerie directe utilisant la coronographie, un système de correction active des speckles et un IFS. A ce titre, il a été utilisé pour les simulations de la mission SPICES (Maire et al.,2012). Avant mon arrivée, il contenait plusieurs modules :
a. Création d’un cube d’images coronographiées à différentes longueurs d’onde, comportant une étoile et une ou plusieurs planètes différentes, pour un niveau d’aberrations donné (niveau RMS et DSP) en phase et en amplitude. Je peux choisir le type de coronographe (FQPM, vortex, parfait) et le niveau des aberrations. Afin d’éviter les erreurs d’échantillon-nage, le coronographe FQPM est simulé en utilisant une pupille spécifique permettant, dans le cas où il n’y pas d’aberration, d’obtenir une extinction totale (Mas et al.,2012). Si l’on choisit l’option, la meilleure correction du front d’onde accessible au miroir défor-mable (voir annexe deBordé and Traub,2006) est appliquée à un miroir idéal (correction de toutes les fréquences en dessous d’une fréquence de coupure), créant ainsi un DH. b. Normalisation des images du cube par des spectres réalistes d’étoiles et de planètes.
Introduction de bruits de détections (bruit de photons et de détecteur) et de la lumière exozodiacale.
c. Utilisation de la self-coherent camera en post-traitement et mesure des spectres des pla-nètes.
Ce code, très complet, ne permettait cependant pas la simulation d’une correction réaliste des erreurs de phase et d’amplitude.
III.1.2 Développements
Je me suis intéressé uniquement dans ma thèse à la partie a. de ce code. A partir des outils déjà codés (coronographe et self-coherent camera en post-traitement, possibilité d’une étude en multi-longueur d’onde), j’ai développé un outil permettant de modéliser le banc THD. Étant le
Chapitre III.1. Modélisation numérique
seul a développer ce code, toutes les améliorations mentionnées ci-dessous ont été réalisées par moi durant mon travail de thèse.
Estimation A partir de l’image frangée du plan focal de la self-coherent camera, l’estimation se fait, comme expliqué au paragraphe I.4.4.2, par une transformée de Fourier, la sélection d’un pic secondaire, son centrage et une transformée de Fourier inverse pour récupérerI´(définit dans l’équationI.4.4). A partir deI´, deux estimateurs différents ont été développés pour la correction avec la self-coherent camera. Ces deux méthodes seront décrites dans les chapitresIII.2 etIII.3. J’ai intégré ces deux estimations à partir de l’image frangée dans le code MEHICI. J’ai aussi mis en place dans ce code la possibilité d’utiliser plusieurs diaphragmes de référence dans le plan de Lyot, technique qui sera évoquée dans le paragraphe III.4.2.1.
Miroir déformable J’ai développé une simulation de miroir déformable plus réaliste utili-sant un nombre fini d’actionneurs ponctuels. J’ai pu intégrer dans ma simulation les fonctions d’influence empiriquement mesurées grâce à l’étude au LAM (voir chapitre II.3). Avant cette étude, les fonctions d’influence du miroir déformable étaient simulées grâce à l’équation II.3.6 avec ω “ 0.15 pour le couplage et α “ 2 (soit une Gaussienne). J’ai vérifié que cette intégration ne changeait rien aux résultats en contraste et je suis donc resté avec des fonctions d’influence Gaussiennes. Grâce à cette étude, j’ai aussi vérifié que les surfaces obtenues sur le miroir dé-formable pour certaines tensions appliquées (en particulier, la base des sinus et des cosinus de Poyneer and Véran,2005) étaient cohérentes avec celles que je simulais.
Matrice d’interaction J’ai développé la création d’une matrice d’interaction et son inversion par la méthode SVD pour le calcul de la matrice de commande et la correction en boucle fermée. Cette partie est décrite dansMazoyer et al. (2013a).
Correction Grâce à cette matrice, j’ai mis en place, en introduisant un gain ajustable, la correction en plusieurs itérations des speckles dans le DH. Ce code permet aussi la correction d’aberrations de phase et d’amplitude simultanément avec un seul miroir déformable (Bordé and Traub, 2006). J’ai développé la possibilité d’ajouter un bruit de détecteur à chaque itération pour perturber la correction. A la fin de cette correction, la phase corrigée par le miroir ainsi créée est réinsérée dans la partie b du code MEHICI et permet de simuler la réponse d’un télescope spatial au front d’onde ainsi introduit. J’obtiens ainsi un code permettant de simuler des corrections réalistes sur le banc incluant une paramétrisation complète.
Paramètres Sans décrire tout les paramètres accessibles à ce code, je m’intéresse ici à certains qui, bien que modifiables, sont restés constants pendant toute ma thèse. L’échantillonnage est ainsi 4 pixels par λ{D et une image de 512 pixels. J’ai aussi utilisé une DSP en f´2 pour simuler les aberrations de phase dans la pupille. Cette hypothèse est sans doute assez pessimiste. L’influence de ce paramètre sur les performances de la correction a été étudiée dans Galicher (2009). Enfin, comme je l’explique dans mes deux articles, j’ai utilisé dans mes simulations une carte des aberrations d’amplitude mesurée sur le banc grâce à l’enregistrement d’une image de l’intensité en plan pupille (Figure 11, Mazoyer et al.,2013a).
III.1.3. Futures améliorations de MEHICI
III.1.3 Futures améliorations de MEHICI
Ce code, comme cette thèse, reste pour le moment dans le cadre de l’optique de Fourier et n’intègre donc pas de simulation de la propagation à distance finie. Cependant, cette simulation deviendra absolument nécessaire si l’on veut continuer à utiliser MEHICI pour un futur dévelop-pement du banc avec plusieurs miroirs déformables, dans le but de corriger plus efficacement les aberrations d’amplitude.
Enfin, il pourrait être intéressant de développer des méthodes de modulation temporelle (diversité de phase, EFC) dans ce même code pour commencer une comparaison avec la self-coherent camera en simulation, avant d’envisager une comparaison expérimentale.
Chapitre III.1. Modélisation numérique