La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Vendredi 16 octobre 2009 Cophasage de télescopes multi- pupilles sur point source : application à linterféromètre en frange noire PERSÉE Kamel Houairi.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Vendredi 16 octobre 2009 Cophasage de télescopes multi- pupilles sur point source : application à linterféromètre en frange noire PERSÉE Kamel Houairi."— Transcription de la présentation:

1 Vendredi 16 octobre 2009 Cophasage de télescopes multi- pupilles sur point source : application à linterféromètre en frange noire PERSÉE Kamel Houairi Directeur de thèse : Vincent Coudé du Foresto Co-directeur de thèse : Frédéric Cassaing Encadrant CNES : Jean-Michel le Duigou

2 Vendredi 16 octobre Plan de lexposé 1.Contexte de la thèse 1/ Les exoplanètes 2/ Le nulling 3/ Le cophasage 4/ Le banc de démonstration PERSÉE 2.Algorithmie du système de cophasage 3.Résultats expérimentaux de PERSÉE 4.Conclusion & perspectives Soutenance de thèse de Kamel Houairi

3 Vendredi 16 octobre 2009 Les exoplanètes (1/2) Comment se forment les systèmes planétaires ? Sommes-nous seuls dans lUnivers ? « LUnivers est infini. […] Il y a un nombre infini de mondes semblables au nôtre et un nombre infini de mondes différents. […] On doit admettre que dans tous les mondes, sans exception, il y a des animaux, des plantes, et tous les êtres que nous observons. » Épicure, 3 ème siècle av. J.-C. Seconde révolution copernicienne Soutenance de thèse de Kamel Houairi 3

4 Vendredi 16 octobre 2009 Difficulté : Fort contraste étoile/planète Ex. : Terre/Soleil 7x10 10 µm, 5x10 9 VIS Ex. : Etoile/Jupiter chaud µm Faible distance angulaire Ex. : 30 parsec ( =10 µm) Télescope de diamètre > 60 m Vue dartiste dune exoplanète Interférométrie en frange noire (= nulling) Les exoplanètes (2/2) Objectifs : Masse, rayon, inclinaison Caractérisation spectroscopique de leur atmosphère (Bio-signatures : ex = H 2 O+O 3 +CO 2 ( [6-20] µm)) État de lart : Première détection : 1992 Aujourdhui : 373 exoplanètes Détection indirecte Masse, rayon, inclinaison Détection directe nécessaire Détection directe de 2M1207 b Soutenance de thèse de Kamel Houairi 4 Coronographie Interférométrie

5 Vendredi 16 octobre 2009 Le nulling : méthode de détection directe B = Longueur de base /2B = mas Recombinaison interférométrique avec déphasage de Soutenance de thèse de Kamel Houairi 5 Sidérostat a Sidérostat b

6 Vendredi 16 octobre Spécification du cophasage Définition du null Idéalement, N = 0 Soutenance de thèse de Kamel Houairi Erreurs instrumentales spécification de cophasage nanométrique déséquilibre photométrique + chromatisme + polarisation N : erreurs de différence de marche Ex. : N = ± µm < 3.5 nm rms Carte de transmission en lumière monochromatique

7 Vendredi 16 octobre 2009 Modulation temporelle Interférogramme : I = 1+Vcos( ) Montage Interférogramme : phase à mesurer : modulation (4 marches de /2) V : visibilité Ligne à retard Principe de mesure de la phase : la modulation ABCD 7 + : Pas de pièces en mouvement Haute fréquence de mesure - : Stabilité, calibration Modulation spatiale Soutenance de thèse de Kamel Houairi Caméra A D C B Montage Interférogramme

8 Vendredi 16 octobre La nécessité dun banc de démonstration Quelques projets de nulling Darwin Pégase FKSI ALADDIN Une problématique commune = le cophasage nanométrique PERSÉE Faire un banc de démonstration Soutenance de thèse de Kamel Houairi

9 Vendredi 16 octobre 2009 PERSÉE (1/3) Consortium : CNES : maître dœuvre GEPI, IAS, LESIA, OCA, ONERA, TAS Objectifs : Démontrer un nulling stabilisé en présence de perturbations Déterminer la vitesse maximale daccrochage des franges Évaluer les perturbations maximales admissibles des satellites pendant lobservation Spécifications : Null achromatique de ± dans la bande spectrale [ ] µm pendant plusieurs heures en présence de perturbations typiques PERSÉE : le banc de nulling perturbé et stabilisé Soutenance de thèse de Kamel Houairi 9

10 Vendredi 16 octobre 2009 Schéma simplifié : Perturbations typiques = tip, tilt, différence de marche Correction = système pointage + système de cophasage 10 PERSÉE (2/3) Soutenance de thèse de Kamel Houairi

11 Vendredi 16 octobre 2009 PERSÉE (3/3) Point critique : Mach-Zehnder Modifié Caméra nulling Interféromètre Senseur de dif. de marche Senseur de tip/tilt Perturbateurs Correcteurs Source Soutenance de thèse de Kamel Houairi 11

12 Vendredi 16 octobre 2009 Le cœur de PERSÉE : linterféromètre de recombinaison M1M1 M2M2 Recombinaison : Science (nuller) Besoin : interféromètre symétrique Mach-Zehnder Modifié (MMZ) création de 4 sorties D : Dark = sortie destructive dintérêt B : Bright = sortie constructive Recombinaison : Mesure (senseur de franges) Ajout déphasage interne /2 (= modulation du MMZ) Création des 4 états ABCD en quadrature avec le MMZ A D C B 12 Dispersion syst. de cophasage/nuller ([ ] µm/[ ] µm) MMZ commun au système de cophasage ET au nuller RxT TxR Bras b Bras a Voie nuller Soutenance de thèse de Kamel Houairi /2

13 Vendredi 16 octobre 2009 Les objectifs de la thèse Optimiser le système de cophasage fondé sur une modulation ABCD spatiale Conception du système de cophasage Algorithmes de démodulation (phase, visibilité) Calibration Étendre la dynamique de mesure de la dif. de marche Obtenir un résidu de différence de marche nanométrique 13 Soutenance de thèse de Kamel Houairi

14 Vendredi 16 octobre Plan de lexposé 1.Contexte de la thèse 2.Algorithme de démodulation 1/ Mise en équation de la modulation ABCD spatiale 2/ Inversion du problème 3.Résultats expérimentaux de PERSÉE 4.Conclusion & perspectives Soutenance de thèse de Kamel Houairi

15 Vendredi 16 octobre Mise en équation de la modulation ABCD spatiale = 0 = = /2 =3 /2 I a,I b : Flux dans chaque bras entrants du MMZ I 1,I 2,I 3,I 4 : Flux dans chaque bras sortants du MMZ M1M1 M2M2 Bras a Bras b (I 1 ) (I 2 ) (I 3 ) (I 4 ) Ex : Sortie D (=sortie 3) /2 Soutenance de thèse de Kamel Houairi Formalisme matriciel Cas monochromatique, sans erreur instrumentale R, T : coefficients de réflexion, transmission T Ar : transmission face arrière : modulation interne MMZ (idéalement /4) Matrice dinteraction Grandeurs à estimer : I a, I b,, V

16 Vendredi 16 octobre Algorithme de démodulation Propagation du bruit Estimation de la phase optimale pour /2 Modulation ABCD spatiale Estimation photométrique possible (bonus) Soutenance de thèse de Kamel Houairi But : À partir du vecteur mesure, estimer le vecteur inconnu puis la phase et la visibilité Solution : inversion matricielle Matrice de commande Estimateurs : Inversibilité dans le cas de lame du MMZ sans absorption M inversible ssi R 0.5 ET 0 (mod ) Si R = 0.5, alors estimation photométrique impossible Si = 0, alors estimation de la phase impossible

17 Vendredi 16 octobre Influence des erreurs instrumentales Soutenance de thèse de Kamel Houairi Prise en considération des erreurs instrumentales Erreurs instrumentales prises en considération dans lalgorithme de démodulation Nécessité de connaître la matrice dinteraction pour la démodulation a i, b i, c i, d i partiellement connus Matrice dinteraction

18 Vendredi 16 octobre 2009 Phase estimée 18 Linfluence du déphasage chromatique de /2 Env A ( ) = Env C ( ) Env B ( ) = Env D ( Env A ( ) = Env B ( + /2) Léquation nest plus linéaire Hypothèse : Env A ( )=Env B ( ) démodulation non parfaite Soutenance de thèse de Kamel Houairi Cas dune source polychromatique enveloppes de cohérence i = {1,2,3,4} (a i, b i : valeurs moyennées sur la bande spectrale) Problème identique avec la modulation ABCD temporelle IiIi B D A,C Enveloppes différentes

19 Vendredi 16 octobre Principe de la calibration Objectif : Connaître la matrice dinteraction Procédure : Masquer les deux bras, puis le bras a, puis le bras b Moduler en piston Retombée : Signal de fond, longueur donde moyenne Calibration simple à réaliser Soutenance de thèse de Kamel Houairi Bras a masqué

20 Vendredi 16 octobre Plan de lexposé 1.Contexte de la thèse 2.Algorithmie du système de cophasage 3.Résultats expérimentaux de PERSÉE 1/ Calibration 2/ Démodulation 3/ Extension de la dynamique de mesure de la différence de marche 4/ Performances 4.Conclusion & perspectives Soutenance de thèse de Kamel Houairi

21 Vendredi 16 octobre Reste de PERSÉE Miroirs de correction en : - différence de marche - tip/tilt /2 Bras a Bras b Soutenance de thèse de Kamel Houairi Montage final Mise en œuvre du senseur de franges

22 Vendredi 16 octobre 2009 Mise en œuvre du senseur de franges 22 M1M1 M2M2 Bras a Bras b Injection de la lumière /2 Miroirs de correction en : - différence de marche - tip/tilt Soutenance de thèse de Kamel Houairi Montage préliminaire (autocollimation)

23 Vendredi 16 octobre M1M1 M2M2 Bras a Bras b Sortie utilisée pour linjection de la lumière /2 Miroirs de correction en : - différence de marche - tip/tilt Soutenance de thèse de Kamel Houairi Séparatrice Mise en œuvre du senseur de franges Simulation représentative du montage final

24 Vendredi 16 octobre 2009 Miroirs de correction en : - dif. de marche - tip/tilt MMZ Senseur de dif. de marche Émission Intégration du syst. de cophasage 24 Bras b Bras a AB C D Soutenance de thèse de Kamel Houairi

25 Vendredi 16 octobre 2009 A B C Létape de calibration Détermination de la matrice dinteraction I/ Moduler en piston II/ Masquer les deux bras signal de fond III/ Masquer le bras a IV/ Masquer le bras b Matrice dinteraction puis matrice de commande IIIIV Source : = 1.32 µm, Lc = 30 µm III Soutenance de thèse de Kamel Houairi 25 Intensités détectées (t)

26 Vendredi 16 octobre Estimation photométrique 1ère démonstration expérimentale Intensité mesurée VS intensité du bras a seul

27 Vendredi 16 octobre Estimation de la phase Identification de la frange centrale : -péridodicité Dispersion sur 2 canaux spectraux Erreur de linéarité de la démodulation de la phase : 0.6% ( 0 µm) 3.2% ( [-Lc/2,Lc/2] µm) Soutenance de thèse de Kamel Houairi

28 Vendredi 16 octobre 2009 Extension du domaine de non-ambiguïté (1/2) Information non utilisée dans cet algorithme à exploiter Mesure de 1 = µm Principe de linterférométrie à 2 longueurs donde Mesure de 2 = 1.32 µm Domaine de non ambiguïté = 1 Domaine de non ambiguïté = Algo. classique : = (mod 2 ) Dynamique : 1 2 /| | Domaine de non ambiguïté = 2 Phase Phase estimée Soutenance de thèse de Kamel Houairi 28

29 Vendredi 16 octobre 2009 Accepté pour publication à JOSAA Application essentielle : métrologie Extension du domaine de non-ambiguïté (2/2) Développement dun nouvel algorithme pour linterférométrie à 2 longueurs donde Domaine de non ambiguïté étendu Plus précis que lalgorithme classique Validation expérimentale de lalgorithme Gain dun facteur 8 Domaine de non-ambiguïté (algorithme classique) Domaine de non-ambiguïté avec le nouvel estimateur + = 17.3 µm = 2.2 µm DDM estimée ( ) DDM( / ) Soutenance de thèse de Kamel Houairi 29

30 Vendredi 16 octobre 2009 Première fermeture de boucle Système de cophasage opérationnel Boucle ouverte Boucle fermée (intégrateur, gain=0.2) Perturbations = 4.5 nm rms DDM = 1.3 nm rms Soutenance de thèse de Kamel Houairi 30

31 Vendredi 16 octobre 2009 Spectre du bruit de différence de marche en boucle ouverte Suppression des différentes perturbations : Résidu de différence de marche atteint: 0.45 nm rms < 2 nm rms Identification des sources de bruit Arrêt de la climatisation Arrêt asservissement interne miroirs correction Hz 22 & 27 Hz Densité spectrale de puissance (µm 2 /Hz) Fréquence (Hz) (amélioration = 1.2 nm rms) (amélioration = 3.9 nm rms) Soutenance de thèse de Kamel Houairi

32 Vendredi 16 octobre 2009 Null(t) (t) 32 Résultats préliminaires de nulling (Julien Lozi (fin 2008), Sophie Jacquinod) Null semble corrélé aux résidus de différence de marche Null monochromatique ( = 2.32 µm) N = 6.2x10 -5 ± 6.3x10 -6 Corrélation du null avec les résidus de différence de marche = 2 nm rms N = ( / ) 2 = Soutenance de thèse de Kamel Houairi Temps dintégration du nuller = 300 ms Temps dintégration du senseur de franges = 1ms Spécifications de nulling atteintes Fluctuation du null dominée par les résidus de différence de marche

33 Vendredi 16 octobre Plan de lexposé 1.Contexte de la thèse 2.Algorithmie du système de cophasage 3.Résultats expérimentaux de PERSÉE 4.Conclusion & perspectives Soutenance de thèse de Kamel Houairi

34 Vendredi 16 octobre Conclusion et bilan Conclusion Mise en œuvre théorique et validation expérimentale de la démodulation ABCD spatiale avec sa procédure de calibration dun algorithme original pour lidentification de la frange centrale fondé sur linterférométrie à 2 longueurs donde Résidu de différence de marche subnanométrique atteint Nulling monochromatique : N = 6.2x10 -5 ± 6.3x10 -6 Null corrélé aux résidus de différence de marche Bilan Développement dun algorithme pour la calibration dynamique du MMZ Optimisation de la recombinaison pour le système de cophasage de GRAVITY instrument de seconde génération du VLTI Soutenance de thèse de Kamel Houairi

35 Vendredi 16 octobre Perspectives Optimiser les lois de commande (Thèse Julien Lozi) Augmenter le domaine de non-ambiguïté pour lidentification de la frange centrale généraliser lalgorithme à N>2 longueurs donde Valider expérimentalement la calibration dynamique du MMZ PERSÉE : Nulling polychromatique en cours Intégration complète avec application de perturbations en 2010 Collaboration avec FKSI GRAVITY : premières lumières prévues en 2013 Long terme Démonstration du vol en formation ALADDIN, FKSI, Pégase, Darwin/TPF-I, … Découverte de vie … Soutenance de thèse de Kamel Houairi

36 Vendredi 16 octobre Soutenance de thèse de Kamel Houairi Quest-ce quon va trouver ?


Télécharger ppt "Vendredi 16 octobre 2009 Cophasage de télescopes multi- pupilles sur point source : application à linterféromètre en frange noire PERSÉE Kamel Houairi."

Présentations similaires


Annonces Google