Integrated optics in the mid-infrared : application to nulling interferometry for the detection of earth-like planets
Optique intégrée dans l'infrarouge thermique : application à l'interférométrie en frange noire pour la recherche planètes telluriques
Résumé
Nulling interferometry, a coronographic technique used in astronomy, is the core of the ESA Darwin mission dedicated to the direct detection of extrasolar earth-like planets.
This technique requires a very stable optical system for the combination of multiple beams. Moreover, the scientific objectives require the use of modal filtering of the incoming beams.
This thesis focuses on the development of mid-infrared integrated optics (IO) that can perform both combination and modal filtering functions. The initial context is thus the extension of single-mode IO from the near-infrared to the mid-infrared range, which corresponds to an important spectral domain for planet searches. After a description of nulling interferometry requirements, I present the fundamental guided-optics notions used to study the dielectric waveguides and the hollow metallic waveguides
solutions. Moreover, I discuss the issue of coupling light into the waveguide. The lab characterization work at 10 microns has involved the implementation of dedicated methods and breadboards in the mid-infrared, which permitted me to
demonstrate the waveguide and the single-mode behavior of the first manufactured structures. The preliminary measurements of the signal extinction have also shown the importance of pursuing this technological research for purposes of modal filtering.
Mid-infrared integrated optics has now reached a new and important step and will contribute, on a mid-term basis, to the implemetation of nulling interferometry.
This technique requires a very stable optical system for the combination of multiple beams. Moreover, the scientific objectives require the use of modal filtering of the incoming beams.
This thesis focuses on the development of mid-infrared integrated optics (IO) that can perform both combination and modal filtering functions. The initial context is thus the extension of single-mode IO from the near-infrared to the mid-infrared range, which corresponds to an important spectral domain for planet searches. After a description of nulling interferometry requirements, I present the fundamental guided-optics notions used to study the dielectric waveguides and the hollow metallic waveguides
solutions. Moreover, I discuss the issue of coupling light into the waveguide. The lab characterization work at 10 microns has involved the implementation of dedicated methods and breadboards in the mid-infrared, which permitted me to
demonstrate the waveguide and the single-mode behavior of the first manufactured structures. The preliminary measurements of the signal extinction have also shown the importance of pursuing this technological research for purposes of modal filtering.
Mid-infrared integrated optics has now reached a new and important step and will contribute, on a mid-term basis, to the implemetation of nulling interferometry.
L'interférométrie en frange noire est une technique coronographique utilisée en astronomie et qui est au coeur de la mission spatiale Darwin de l'ESA pour la détection de planètes dans des systèmes extra-solaires. Cette technique requiert une grande stabilité du système optique pour la recombinaison de plus de deux faisceaux. De plus, les objectifs scientifiques
à atteindre nécessitent également l'utilisation d'un filtrage
modal des faisceaux incidents. Ce travail de thèse est axé sur le
développement de l'optique intégrée pour la bande 4 - 20 microns
pouvant regrouper les fonctions de recombinaison et de filtrage. Le contexte initial est celui de l'extension de l'optique guidée monomode de l'infrarouge proche vers l'infrarouge moyen qui constitue un domaine d'intérêt important pour la recherche de planètes. Après une présentation des enjeux de l'interférométrie en frange noire, j'introduis les notions fondamentales de l'optique
guidée monomode utilisés pour l'étude des solutions guides
diélectriques et guides creux métalliques. La problématique du
couplage du signal dans le guide est également abordée. Leur
caractérisation en laboratoire à 10 mircons a requis le développement de bancs optiques et de méthodes spécifiques qui ont permis la mise en évidence du caractère monomode de premières structures synthétisées suivant un procédé technologique précis. Les premières mesures de taux d'extinction montrent également l'intérêt de poursuivre ce type de développement en vue du filtrage modal.
L'optique intégrée dans l'infrarouge moyen a atteint une nouvelle
et importante étape et pourra répondre, à moyen terme, à la
problématique posée par l'interférométrie en frange noire.
à atteindre nécessitent également l'utilisation d'un filtrage
modal des faisceaux incidents. Ce travail de thèse est axé sur le
développement de l'optique intégrée pour la bande 4 - 20 microns
pouvant regrouper les fonctions de recombinaison et de filtrage. Le contexte initial est celui de l'extension de l'optique guidée monomode de l'infrarouge proche vers l'infrarouge moyen qui constitue un domaine d'intérêt important pour la recherche de planètes. Après une présentation des enjeux de l'interférométrie en frange noire, j'introduis les notions fondamentales de l'optique
guidée monomode utilisés pour l'étude des solutions guides
diélectriques et guides creux métalliques. La problématique du
couplage du signal dans le guide est également abordée. Leur
caractérisation en laboratoire à 10 mircons a requis le développement de bancs optiques et de méthodes spécifiques qui ont permis la mise en évidence du caractère monomode de premières structures synthétisées suivant un procédé technologique précis. Les premières mesures de taux d'extinction montrent également l'intérêt de poursuivre ce type de développement en vue du filtrage modal.
L'optique intégrée dans l'infrarouge moyen a atteint une nouvelle
et importante étape et pourra répondre, à moyen terme, à la
problématique posée par l'interférométrie en frange noire.