XLIM
« ALOHA (Astronomical Light Optical Hybrid Analysis) Proposer un nouveau concept d’imagerie haute résolution en
changeant la couleur de la lumière des étoiles. »
François Reynaud XLIM / axe phocal, Limoges
L. Delage, L. Grossard, D. Ceus, R. Baudoin, J.-T. Gomes, L. Bouyeron L. Szemendera, P. Darre, L Lehmann
…
XLIM
D’où venons-nous ?
Qui sommes-nous ?
Où allons-nous ?
XLIM
D’où venons-nous ?
• DMI
• C2S2
• OSA
• MINACOM
• PHOTONIQUE
• SIC
460 personnes
60 personnes
Thème transverse imagerie
Département photonique
XLIM
Qui sommes-nous ?
Thésard postdoc J.-J. Alleman H. Lagorceix E. Longuetau S. Pokrovsky L. Simohamed G. Huss
J. Sagne S. Vergnole S. Olivier S. Brustlein L. Del Rio L. Bouyeron D. Ceus
J.-T. Gomes Novae R. Baudoin GB
P. Darre ESO (D, Chili) Collaborations
ESA ESO CNES INSU THALES EADS
Observatoires de:
Nice, Lyon, Meudon,Toulouse, Grenoble Depuis plus de 25 ans
permanents L. Delage L. Grossard F. Reynaud
Avec l’aide du secrétariat et de l’atelier
Thèse en cours L. Szemendera
enseignant
Ukraine
Voir l’invisible
XLIM
Principe général
de l’imagerie par un réseau de télescopes
Où allons-nous ?
XLIM
XVI e siècle
XXe siècle
XXI e siècle Pourquoi une telle évolution
Observer des petits objets
XLIM
Observer des petits objets
A forte résolution :
Gala regardant la Méditerranée
A faible résolution : Abraham Lincoln
Tableau de S. Dali
XLIM
Observer des petits objets
A forte résolution :
Gala regardant la Méditerranée
A faible résolution :
XLIM
Pour aller au-delà…..
Les miroirs segmentés
Keck (USA) 10 m Très difficile à ajuster Précision submicronique
Observer des petits objets
XLIM
Pour obtenir D = 100-200 m
Solution monolithique impossible
Observer des petits objets
XLIM Ordres de grandeur :
Résolution angulaire = longueur d’onde/diamètre du télescope
résolution pour
un réseau de télescopes de 200 m
une balle de ping-pong vue à 10 000 km !!!!
Dans le visible longueur d’onde = 0,5 µm
résolution
pour un télescope de 2 m
une balle de ping-pong vue à 100 km résolution pour un œil humain (2 mm) une balle de ping-pong (2,5 cm)
vue à 100 m
VLTI
Hubble Space
Telescope
XLIM
Interférences
Interférences :
Mesure de la ressemblance entre les deux champs collectés par les télescopes
E 1 E 2
Corrélation entre E 1 et E 2 fort contraste faible contraste
Observer des petits objets
Qu’observe-t-on
Il n’y a plus d’image directe !!!!
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Fibre delay line
Interferences
Polarisation maintaining fibre Fibre injection by
tip-tilt systems
Functions
Coherent propagation
Delay lines
Interferometric mixing
F
F F FFF
Photometry for contrast calibration
Coupling star light in the waveguide
Observer des petits objets
Contribution limousine :
Démonstration en laboratoire
de l’utilisation des fibres optiques Première image reconstruite en labo Premier interféromètre kilométrique Instrument OHANA Mauna Kea
Instrument AMBER au VLTI
Premier imageur direct ….
XLIM
Observer des petits objets
Résultats au Mauna Kea
XLIM Voir l’invisible
Principe général
l’infrarouge thermique
XLIM
Comment observe-t-on l’Univers ?
Voir l’invisible
Essentiellement >> ondes électromagnétiques
XLIM
Que peut-on observer ?
Voir l’invisible
Froid >> gdes longueurs d’onde
Rayonnement fossile
XLIM
L’expérience de W. Herschel
Voir l’invisible
Énergie non visible + objets froids
>> Moyen InfraRouge MIR
XLIM
Dans la « vie courante »
Voir l’invisible
XLIM
Observation d’objets froids
>>> Instrument pour le MIR
Voir l’invisible
Attention, tout l’instrument rayonne
>> cryogénie
XLIM Instruments HR pour l’astronomie
XLIM
Une nouvelle alternative : Le mariage de l’astronomie haute résolution et de l’optique
non linéaire
Changeons la couleur des étoiles
ALOHA
XLIM
Méthode classique:
toute la chaîne expérimentale est conçue en fonction du spectre de la source observée
Source astro >>> longueur d’onde
Contraintes pour : Transmission
Filtrage Mélange Détection…
Changeons la couleur des étoiles
XLIM
Nouvelle méthode :
* La chaîne expérimentale est optimisée pour un domaine spectral
Changeons la couleur des étoiles
Source astro >>> longueur d’onde
Optimisée pour:
Transmission Filtrage
Mélange
Détection…
XLIM
Changeons la couleur des étoiles
ν s
+ ν p = ν c
1064 nm
1542 nm
~ 630 nm
λ s λ p
λ c
χ
(2)Cristal non linéaire Somme de fréquences
Comment changer la couleur de la lumière
Pompe
XLIM
Michelson Fizeau Labeyrie Townes
Un nouveau concept dans
le domaine de l’imagerie
XLIM
Double interféromètre :
Comparaison entre notre nouvel instrument et une méthode classique
Des tests en laboratoire
XLIM
Des tests en laboratoire
m e s u r e s c o m p a r a t i v e s e n t r e i n t e r f e r o m e t r e v i s i b l e , I R e t c o u r b e t h e o r i q u e
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,00E+00 2,00E-‐02 4,00E-‐02 6,00E-‐02 8,00E-‐02 1,00E-‐01 1,20E-‐01
B a s e d e s te le s c o p e s : b -‐ > 16 m m
IR V isible courbe theorique
XLIM
Des tests sur le ciel
Tests au Mauna Kea
Astronomical Light
Optical
Hybrid
Analysis
XLIM
Pourquoi s’installer sur un endroit si haut et si « perdu » ?
Au-dessus des nuages
Des tests sur le ciel
XLIM
Pourquoi s’installer sur un endroit si haut et si « perdu » ?
Au-dessus des nuages
Couche d’inversion
Ça ne marche
pas tout le temps !!
Des tests sur le ciel
XLIM Des tests sur le ciel
Niveau RdC Celestron C8 (20 cm)
2 ème étage
4 ème étage
télescope 3,6 m 3 ème restaurant
« le mont blanc »
XLIM
Betelgeuse mag H = –3.9 NSR = 30 over 50 s Antares H = –3.6
Pollux H = –0.9
Accepted for publication in MNRAS
Des tests sur le ciel
XLIM
100 000 X
Stade de France Nombre de
photons pompe
𝟏𝟎↑𝟏𝟐 𝟏𝟎↑𝟏𝟑
𝟏 𝟏
Somme de fréquences
Des tests sur le ciel
Une expérience incroyablement silencieuse…
XLIM
1 kW
Pendant 0,1 s
𝟏𝟎↑−𝟏𝟓 𝐖
× l’âge de l’Univers
Une puissance
incroyablement petite…
Des tests sur le ciel
E =
P × t
XLIM
Environ 8000 km 12 h d’avion
Porte-à-porte environ 20 h 8 h de décalage horaire
Nouvelles expériences sur le ciel
Partons pour le mont Wilson !
XLIM
Mont Wilson
6 télescopes de 1 m Alignés cophasés
Collaboration GSU / UL
Pourquoi s’installer
à CHARA ?
XLIM Première mission CHARA
XLIM
ALOHA à CHARA
Premières franges sur le ciel
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pump laser (µm) 1,064 1,3 1,5 2
Astro band (µm)
H 1,50 1,80 0,62 0,67 0,70 0,75 0,75 0,82 0,86 0,95
K 2,00 2,50 0,69 0,75 0,79 0,86 0,86 0,94 1,00 1,11
L 3,20 3,90 0,80 0,84 0,92 0,98 1,02 1,08 1,23 1,32
M 4,50 5,00 0,86 0,88 1,01 1,03 1,13 1,15 1,38 1,43
N 8,00 13,00 0,94 0,98 1,12 1,18 1,26 1,34 1,60 1,73
Q 17,00 25,00 1,00 1,02 1,21 1,24 1,38 1,42 1,79 1,85
Ambient temperature
photon counting detectors
PPLN 0,5-‐4,5 µm OP GaAs 1-‐18 µm
Choix du domaine spectral
Conditionné par le matériau NL et les détecteurs
XLIM
ALOHA Selection :
• Sources de pompage disponibles
• Cristal non linéaire
• Détecteurs commerciaux sans cryogénie Laser Crystal Detector
ALOHA @1.55 µm ALOHA @3.39 µm
H band >> 630 nm Si APD detectors PPLN
1.06 µm laser diode as pump
L band >> 810 nm Si APD detectors PPLN
1.06 µm laser diode as pump
pump laser (µm) 1,064 1,3
Astro band (µm)
H 1,50 1,80 0,62 0,67 0,70 0,75 K 2,00 2,50 0,69 0,75 0,79 0,86 L 3,20 3,90 0,80 0,84 0,92 0,98 M 4,50 5,00 0,86 0,88 1,01 1,03 N 8,00 13,00 0,94 0,98 1,12 1,18 Q 17,0 25,00 1,00 1,02 1,21 1,24
Pascaline Ludovic and Lucien
Stratégie du projet ALOHA
XLIM
ALOHA @1.5 µm ALOHA @3.4 µm ALOHA @ 10 µm
*Principe général
*Analyse du bruit
*Acquisition avec un corps noir
*Cristal performant
Tests labo
Tests sur le ciel
*Principe général
*Analyse du bruit
*Acquisition avec un corps noir
*Cristal performant
*Début d’activité
*sensibilité 2014
* 1
resFranges 2015 Mode spectral
Photométrie
*sensibilité 2017>>
*Franges….
Stratégie du projet ALOHA
XLIM
Photometric tests 2014
S1 S2 base
In lab development
Interferometric tests 2015
S1 S2 basis
In lab development C calib and spectro 2017
Missions d’observations
Photometrie Mission 2014 1eres franges Mission 2015
« On-sky fringes with an up-conversion interferometer tested on a telescope array »
P. DARRÉ, R. BAUDOIN, J. -T. GOMES, N. J. SCOTT, L. DELAGE, L. GROSSARD, J. STURMANN,
ALOHA CHARA @1.55 µm
XLIM
Expériences en laboratoire :
* Démonstration de principe * Comportements spectraux * Analyse du bruit
* Régime de comptage de photons
ALOHA @3.39 µm
XLIM
Expériences en laboratoire :
* Démonstration de principe
* Comportements spectraux
* Analyse du bruit
* Régime de comptage de photons
* Corps noir
ALOHA @3.39 µm
XLIM
Tests de sensibilité à C2PU OCA/Calern
*The 1m telescope C2PU east
*Tip tilt
*Goal: scale the photometry between the lab and the sky
*Mission planned in May
ALOHA C2PU @3.39 µm
XLIM ALOHA CHARA @3.39 µm
Nouvelle bande spectrale
pour CHARA ?
XLIM
* Tests d’ALOHA CHARA@1.55µm spectrométrie / photométrie…
* Liaison fibrée ALOHA 300 m (internal source)
* Tests thermiques pour le MIR conversion stage on S1 and S2
13 oct 16 oct 20 oct 21 oct 24 oct 28 oct 29 oct
ALOHA CHARA Mission 2017
XLIM ALOHA CHARA Mission 2017
1km
XLIM
*Liaison fibrée ALOHA 300 m (Source interne)
*Démonstration de la possibilité d’utiliser la liaison fibrée à CHARA!!!
ALOHA CHARA Mission 2017
Servo off + pertu
XLIM
Hypertélescopes temporels : imagerie directe
Objectifs :
Haute résolution nanoradian Haute dynamique 10
Collaborations:
Thalès
Observatoire de Nice Collège de France
6
