Descriptif
Introduction à la physique de la turbulence atmosphérique et aux techniques de correction (optique active et adaptative).
Objectifs pédagogiques
L’objectif du cours est d’abord de décrire physiquement l’origine de la turbulence atmosphérique et les perturbations apportées à la propagation et à l’imagerie optique. Il est aussi de fournir des ordres de grandeur et l’expression des paramètres caractéristiques. Il est enfin de présenter le principe et les composants des techniques permettant de corriger ces perturbations, en particulier l’optique adaptative pour l’astronomie, et leurs perspectives d’évolution.
La résolution des instruments observant depuis le sol est souvent limitée par l’effet de la turbulence atmosphérique. Cet effet résulte des inhomogénéités aléatoires de température de l’atmosphère. Il induit des fluctuations de phase et d’amplitude sur la propagation d’une onde optique. Il se manifeste par un élargissement, instantané ou moyen, d’une image ou d’un faisceau.
L’optique adaptative permet de corriger en temps réel ces dégradations, par réflexion du faisceau optique sur un miroir déformable. Le système comprend également un calculateur capable de déduire instantanément les commandes à appliquer au miroir à partir des mesures faites par un analyseur de front d’onde.
Des techniques connexes de l’optique adaptative sont aussi utilisées pour accéder à la très haute résolution par synthèse d’ouverture et à la correction des aberrations lentement évolutives qui peuvent apparaître dans un instrument optique de grand diamètre.
Des systèmes opérationnels s’appliquent aujourd’hui au domaine de l’astronomie.
Des solutions pour surmonter certaines limitations actuelles des performances sont en cours de développement.
Effets de la turbulence atmosphérique sur la propagation optique
- Cours magistral : 15
Diplôme(s) concerné(s)
Parcours de rattachement
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Laser Optique Matière
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 3 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 3
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 1.5 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 1.5
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
Introduction :
Phénoménologie de la turbulence atmosphérique - Description statistique, spectre de Kolmogorov - Diamètre de Fried - Domaine isoplanétique - Scintillations - Evolution temporelle - Spécificités de la propagation des faisceaux laser
Imagerie optique à haute résolution à travers la turbulence :
Imagerie = Interférométrie - Image longue pose et fonction de transfert associée - Image courte pose et fonction de transfert associée - Reconstruction des images (interférométrie des tavelures)
Synthèse d’ouverture optique
Analyse de front d’onde et fonction de transfert associée : Principes de l’analyse de front d’onde - Différents analyseurs - Reconstruction de front d’onde - Polynômes de Zernike et spectre de Kolmogorov - Bruit de mesure - Application à la déconvolution
Optique adaptative et optique active :
Principe et domaines d’application comparés - Principaux paramètres d’une optique adaptative - Composants - Application à l’astronomie - Etat de l’art et perspectives - Optique active
Conclusion