ON SKY VALIDATION OF THE POLYCHROMATIC LASER GUIDE STAR CONCEPT
VALIDATION SUR LE CIEL DU CONCEPT D'ETOILE LASER POLYCHROMATIQUE
Résumé
The atmospheric turbulence affects image quality and causes angular resolution losses at the focus of large ground based optical telescopes. Real time adaptive optics (AO) corrects wave front distortions measured with at least one bright reference source located within a tiny isoplanatic angle from the science object. At visible wavelengths, the probability to find one such natural star is ridiculously small. The laser guide star (LGS) solves the problem but the overall wavefront slope (referred here as tilt) remains undetermined. The Polychromatic Laser Guide Star will allow the use of AO with full sky coverage. Based on the tilt chromaticity, a multicolor reference spot is created in the upper atmosphere and the differential tilt is measured between two wavelengths to retrieve the tilt itself. In the present thesis, I describe ATTILA, an experiment designed to prove the feasibility of the concept in astronomical conditions. Observations carried on at Observatoire de HauteProvence on natural stars allowed us to establish the proportionality law that links the tilt and the differential tilt for the first time. A temporal monitoring of the two signals shows a good correlation. The accuracy obtained on the slope (about one Airy disk ) let us be optimistic for the future full ELP-OA demonstrator with lasers. This work required an in-depth characterization of a detector featuring the novel EMCCD technology as well as the implementation and tests of pendular seismometers dedicated to measure telescope angular vibrations.
La turbulence atmosphérique baisse considérablement la résolution angulaire au foyer des grands télescopes terrestres. L'optique adaptative (OA) corrige les distorsions de front d'onde mesurées à l'aide d'une source de référence brillante à proximité de la ligne de visée. Dans le domaine du visible, la probabilité de disposer d'une étoile naturelle de référence est infime. L'étoile laser remédie à ce problème sauf pour la pente du front d'onde (ou tilt) qui demeure non corrigée. L'étoile laser polychromatique permettra l'utilisation de l'OA avec une couverture totale du ciel. Basée sur le chromaticité du tilt, il s'agit de créer une référence multicolore dans l'atmosphère et de mesurer le tilt différentiel à deux longueurs d'onde distinctes pour remonter au tilt lui-même. Dans cette thèse, je décris l'expérience ATTILA, conçue pour prouver la faisabilité de ce concept en conditions astronomiques. Des observations menées à l'Observatoire de Haute-Provence sur des étoiles naturelles ont permis d'établir la relation de proportionnalité entre le tilt et le tilt différentiel pour la première fois. Un suivi en temps réel montre une bonne corrélation entre les deux signaux. La précision de mesure obtenue sur la pente (environ une tache d'Airy) ouvre la voie pour le futur démonstrateur ELP-OA avec lasers. Ce travail a nécessité une caractérisation approfondie d'un détecteur pourvu de la récente technologie EMCCD ainsi que le développement et les tests de sismomètres pendulaires dédiés à la mesure des vibrations angulaires de télescope.