LESIA - Observatoire de Paris

Description générale du banc

vendredi 16 janvier 2009, par Eric Gendron

SESAME est un banc ouvert et polyvalent d’études en optique adaptative, ayant pour vocation de servir de base pour la R&D dans de multiples domaines de l’optique adaptative et la HRA. Ce banc est offert comme une facilité nationale pour la communauté HRA, car il offre la possibilité de recevoir des expériences nécessitant un faisceau turbulent corrigé par une optique adaptative simulant un télescope au sol.

Ce banc est conçu comme un hôte, capable de recevoir des expériences venant se greffer à son foyer (ces expériences sont dites locataires du banc) à des fins d’études et de tests.

Schéma simplifié du banc SESAME

Description fonctionnelle du banc

En suivant le trajet de l’information lumineuse (voir figure ci-dessus), on trouve les éléments suivants :

  • des sources lumineuses, simulant des étoiles (point-source) ou des objets étendus (quelques secondes d’arc) pouvant se trouver à l’infini ou à distance finie (90 km ou plus, pour simuler une étoile laser).
  • un espace de propagation libre, sans optique
  • le générateur de turbulence : un espace de propagation libre en réflexion et/ou en transmission sur des écrans de phase mobiles, simulant les caractéristiques spatiales et temporelles des couches turbulentes de l’atmosphère terrestre. La position des écrans sur le banc est déterminée précisément en fonction de l’altitude dans l’atmosphère des couches turbulentes, sans avoir recours à des optiques de relais, qui sont sources d’erreurs ou d’approximations. On peut placer sur le faisceau soit aucun, soit 1, 2 ou 3 écrans de phase. L’aspect dynamique de la turbulence est simulé en faisant tourner ces écrans (créant ainsi l’ équivalent d’un « vent » transportant une turbulence figée – hypothèse de Taylor). La rotation des écrans peut être, au besoin, synchronisée avec la prise d’image des analyseurs disponibles sur le banc, de façon à bien gérer les aspects temporels dans le système. Ils reproduisent simultanément, fidèlement et précisément les effets des couches atmosphériques sur la lumière, en particulier les effets
    • d’échelle (seeing, échelle externe)
    • diffractifs (propagation de Fresnel, scintillation)
    • géométriques (recouvrement des pupilles projetées sur les couches turbulentes, dans le cas d’une observation d’un objet hors-axe)
  • une optique de relais pupille, composée de deux lentilles permettant d’adapter la taille du faisceau dans le générateur de turbulence avec la pupille réelle placée sur le miroir déformable.
  • le miroir déformable à 31 actionneurs, enchâssé dans une monture cardan (« style MACAO »), assurant le tip-tilt. Sur le miroir déformable, la propagation de la lumière se fait en faisceau parallèle. Le faisceau est en incidence normale sur la surface du miroir déformable ; il est injecté grâce à une séparatrice semi-réfléchissante.
  • plusieurs séparatrices, orientables en rotation, permettant de ponctionner une fraction (4%) de lumière du faisceau par réflexion vitreuse, afin de l’envoyer vers une « voie de sortie ». Il y a plusieurs séparatrices (de 1 à 4 au choix), donc autant de voies de sortie +1.
  • une voie de sortie, dans laquelle le faisceau, corrigé par le déformable et collimaté, est focalisé par un achromat. Les paramètres optiques de l’achromat, et sa distance au miroir déformable (pupille) sont choisis de manière à ce que le faisceau focalisé reproduise les conditions optiques du foyer Nasmyth du VLT (ouvert à f/15, pupille réelle à 16000 mm, échelle focale 0.582 mm/arcsec). Cet achromat peut être, selon besoin, remplacé par toute autre optique locataire .
  • des analyseurs de surface d’onde, de type Shack-Hartmann (14x14 sous pupilles), équipés d’une caméra CCD visible délivrant un signal au format vidéo. De 1 à 4 analyseurs peuvent être utilisés simultanément, ou remplacés sur une quelconque des voies de sortie par tout autre équipement locataire . la bande spectrale disponible se décompose comme suit :
    • La bande visible de 0.4 à 0.75 µm incluant les foyers délivrés par les achromats, sur laquelle les aberrations chromatiques sont optimisées.
    • La bande proche IR allant jusqu’à 1.8 µm disponible après les achromats par refocalisation.
    • La bande complète proche IR jusqu’à 2.2 µm disponible avec des optiques locataires adéquates.
  • une carte d’interface vidéo, sur le bus PCI du PC SESAME, reçoit le signal de la (des) caméra(s) vidéo et en fait l’acquisition
  • le PC est un biprocesseur à 1 GHz, sous Windows 2000. Les drivers des diverses cartes d’interfaces sont des VI Labview. Le programme de gestion rapprochée du banc est écrit sous Labview. Les cartes d’interface, outre l’acquisition des caméras, permettent
    • de piloter le ou les ou des composants optiques adaptatifs ; il s’agit d’une carte de conversion digitale/analogique de 96 voies. Un certain nombre de ces voies sont affectées au miroir déformable SESAME, les autres sont disponibles pour les expériences locataires.
    • de piloter 7 sources lumineuses différentes (dont une source Laser et une source stroboscopique)
    • de contrôler les moteurs/encodeurs pas à pas qui pilotent le mouvement des écrans de phase du générateur de turbulence. La carte peut contrôler 4 voies, et est équipée de 4 amplis de puissance. En tout, 4 moteurs pas à pas peuvent donc être alimentés et contrôlés. Sur les 4, un certain nombre est réservé au générateur de turbulence (tout dépend du nombre d’écrans de phase requis, 0 à 3), les autres peuvent être utilisés pour une expérience locataire
    • une liaison Ethernet
  • Le logiciel de gestion rapprochée de SESAME
    • permet de visualiser les différentes caméras vidéo
    • permet de configurer les analyseurs de surface d’onde
    • permet de gérer l’alimentation des différentes sources (allumage, extinction, intensité, mode stroboscopique, synchronisation).
    • permet de commander le miroir déformable et la monture tip tilt.
    • permet d’actionner les moteurs pas à pas des écrans de phase
    • est un serveur de données et de commandes, pour toute machine extérieure, sur le réseau, configurée de manière adéquate.

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