Prototype de l’interféromètre PISTIL mis en place

Le prototype de l’interféromètre mis en place doit tenir compte des dimensions de la surface d’onde lacunaire, obtenue à partir de la matrice de micro-lentilles. L’interféromètre PISTIL conçu lors des expériences avec le miroir segmenté va subir une modification mineure pour être adapté à la surface d’onde à analyser. Les critères de dimensionnement sont imposés par les dimensions de la matrice de micro-lentilles. Il faudra donc adapter les dimensions du masque de trous à la surface d’onde. De plus, comme un des objectifs est d’atteindre une cadence de mesure élevée, nous réduirons la taille du pistilogramme sur la caméra tout en conservant un échantillonnage suffisant des pétales pour leur analyse.

5.2.1 Dimensionnement de l’interféromètre

La surface d’onde à analyser est celle créée dans le plan de la matrice de micro-lentilles, qui permet de collimater les faisceaux divergents en sortie des fibres. La distance entre les centres des faisceaux, équivalente à la distance entre les centres des micro-lentilles, est égale à 3,2 mm ± 1 µm (Figure 5-131).

Figure 5-131 : Surface d’onde lacunaire avec un maillage hexagonal régulier constituée par les faisceaux provenant des sept fibres laser collimatées par les micro-lentilles. La distance entre les centres de deux faisceaux

adjacents est de 3,2 mm.

La disposition des faisceaux étant hexagonale, nous allons pouvoir réutiliser le même interféromètre déjà utilisé pour le miroir segmenté en adaptant les dimensions du masque de trous pour qu’elle corresponde à la surface d’onde avec un afocal de grandissement G1 (Figure 5-132). La surface d’onde est lacunaire, néanmoins le masque de trous reste nécessaire puisque le diamètre des

169 faisceaux ne respecte pas le critère d’être inférieur à la moitié de la distance entre les centres de deux faisceaux.

Pour augmenter la cadence de mesure, il faut pouvoir réduire la taille du pistilogramme sur la caméra. Pour cela, nous allons modifier l’afocal imageur du masque de trous sur la caméra en prenant un grandissement G2 plus petit que celui utilisé pour l’expérience avec le miroir segmenté tout en veillant à ce qu’il y ait suffisamment de franges ainsi que de pixels par frange pour permettre l’analyse des pétales. Le schéma complet du montage est affiché Figure 5-132.

Figure 5-132 : Schéma pour l’analyse de la surface d’onde représentée dans le plan des micro-lentilles.

Nous allons réutiliser les mêmes composants dans la même configuration que pour l’expérience avec le miroir segmenté :

- le masque de trous de 300 µm de diamètre dont les centres sont espacés de 606 µm

- le réseau de diffraction diffractant six ordres hexagonalement avec un pas du réseau de Bravais de 97 µm

- la caméra avec des pixels de 5×5 µm², sensible dans la bonne gamme de longueur d’onde.

La surface disponible sur le marbre du montage XCAN étant limitée (Figure 5-129), il faut que la distance focale minimale de la première lentille de l’afocal de grandissement G1 soit supérieure à 1 m. Le choix des lentilles est finalement le suivant :

- G1 = 0,175 avec deux lentilles de 1145 mm et 200 mm de focale.

- G2 = 0,34 avec deux lentilles de 250 mm et 85 mm de focale.

Avec ces grandissements, le pistilogramme sera constitué de pétales avec un nombre de franges égal à 6,2, avec 3,3 pixels par frange.

L’interféromètre a alors été installé sur un support transportable et rigide pour être emmené jusqu’au laboratoire du LULI (Figure 5-133), il représente ainsi un moyen de mesure non intrusif. De cette façon, l’analyseur dans sa version légèrement modifiée pourra être caractérisé et étalonné dans notre laboratoire avec le miroir segmenté, puis emmené au laboratoire du LULI pour une utilisation directe, sans réglage ni calibration préalable.

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Figure 5-133 : Photo de l’interféromètre PISTIL sur son support rigide.

5.2.2 Caractérisation préalable

Cette caractérisation préalable est similaire à celle menée pour la précédente version de l’interféromètre. L’objectif est de vérifier ses performances en résolution et erreur-type. Les deux versions de l’interféromètre PISTIL ayant une géométrie hexagonale identique, nous nous sommes servis du miroir segmenté.

La Figure 5-134 permet de comparer les dimensions des pistilogrammes obtenus entre l’ancienne et la nouvelle version de l’interféromètre.

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Figure 5-134 : À gauche, pistilogramme expérimental obtenu avec la nouvelle version de l’interféromètre PISTIL sur le miroir segmenté. À droite, comparaison des dimensions du nouveau (pointillé rouge) et de l’ancien

pistilogramme.

Expérimentalement, les pétales sur la nouvelle version possèdent environ 6 franges (6,2 en théorie) et environ 3,2 pixels par franges (3,3 en théorie), ce qui est conforme à nos attentes.

Dans l’objectif de comparer les performances entre l’ancienne et la nouvelle version de l’interféromètre, les valeurs de résolution et d’erreur-type ont été ramenées dans le plan du masque de trous, c’est-à-dire en entrée de l’instrument. Pour cela, nous avons multiplié les valeurs de tip et de tilt retournées par l’algorithme d’analyse des pistilogrammes par le grandissement de l’afocal permettant d’imager le masque de trous sur la caméra (grandissement de 0,75 pour l’ancienne version, et 0,34 pour la nouvelle version).

Piston (nm rms) Tip (µrad rms) Tilt (µrad rms)

Relatif Reconstruit Relatif Reconstruit Relatif Reconstruit

Résolution 0,47 0,18 2,96 1,85 3,36 1,79

Erreur-type 0,52 0,28 4,5 2,64 5,33 3,26

Tableau 5-14 : Résolutions et erreurs-type moyennes pour les pistons, tips et tilts, relatifs et reconstruits, pour le précédent interféromètre PISTIL (Tableau 4-12), rapportées dans le plan du masque de trous. Les tips et tilts sont

corrigés d’un facteur 0,75 dû au grandissement entre le masque de trous et la caméra.

Piston (nm rms) Tip (µrad rms) Tilt (µrad rms)

Relatif Reconstruit Relatif Reconstruit Relatif Reconstruit

Résolution 1,41 0,27 7,38 4,27 7,54 4,72

Erreur-type 1,29 0,44 10,39 6,31 9,80 6,35

Tableau 5-15 : Résolutions et erreurs-type moyennes pour les pistons, tips et tilts, relatifs et reconstruits, pour la nouvelle version de l’interféromètre PISTIL, rapportées dans le plan du masque de trous. Les tips et tilts sont

corrigés d’un facteur 0,34 dû au grandissement entre le masque de trous et la caméra.

172 Ramenées dans le plan du masque de trous, les performances pour les valeurs reconstruites de la nouvelle version sont plus mauvaises que l’ancienne, environ deux fois plus élevées. Cette dégradation est notamment due à la régression effectuée sur un plus faible nombre de pixels disponibles dans le pétale, ce qui augmenterait l’incertitude de mesure. Néanmoins, ces performances restent conformes aux objectifs fixés dans la section 1.2.1, à savoir λ/200 pour les pistons reconstruits et de 10 µrad pour les tips et tilts reconstruits.

Un test rapide a ensuite été effectué pour vérifier si cette nouvelle version de l’interféromètre PISTIL fonctionne correctement. Une expérience similaire à celle réalisée dans la section 4.2.4.3 a été menée. Nous avons acquis 100 pistilogrammes pour lesquels les pistons absolus étaient compris aléatoirement dans la gamme –λ/10 et +λ/10, soit entre –λ/5 et λ/5 après réflexion. Les tips et les tilts absolus des éléments sont pris dans la gamme -80 µrad à 80 µrad. Après réflexion et le grandissement G2, les tips et tilts absolus sont alors compris dans la gamme [-0,5 mrad ; +0,5 mrad].

Les résultats montrent que l’erreur-type moyenne en pistons reconstruits est de 2,44 nm rms (λ/400 rms). Étant donné que l’erreur-type moyenne en piston est limitée par l’incrément minimal en piston absolus des éléments du miroir segmenté (2 nm en réflexion), il semble difficile d’évaluer l’impact réel sur la mesure de pistons absolus. Par contre, les erreurs-type moyennes en tips et tilts reconstruits sont respectivement de 32,8 µrad rms et 43,2 µrad rms, légèrement plus élevé que les résultats avec le précédent interféromètre (respectivement de 30,8 µrad rms et 29,6 µrad rms), les résultats étant comparés dans le plan du masque de trous.

En conclusion, nous avons pu adapter la précédente version de l’interféromètre PISTIL, juste en modifiant l’afocal imageant le masque de trous sur la caméra, pour réduire la taille du pistilogramme et augmenter la cadence de mesure disponible. Potentiellement, avec les dimensions de la matrice de pixels de la caméra, cet interféromètre serait capable de mesurer jusqu’à 29 couronnes de fibres disposés hexagonalement, soit jusqu’à 2800 fibres laser simultanément. Enfin, une caractérisation rapide a permis de montrer qu’il y avait une légère dégradation des performances de mesure, mais que celles-ci remplissent cependant les objectifs initiaux fixés dans le premier chapitre de ce manuscrit.

L’interféromètre a alors pu être amené sur le montage XCAN pour son installation. La section suivante sera consacrée aux différentes expériences menées sur le système laser de l’équipe XCAN.