The Fresnel Interferometric Imager: a space-based telescope for High Angular Resolution observations
L'imageur Interférométrique de Fresnel: un instrument spatial pour l'observation à haute résolution angulaire
Résumé
The Fresnel Interferometric Imager is a concept of space-based telescope aiming to dramatically increase the high angular resolution and high dynamic range imaging capabilities in the ultraviolet, visible and infrared wavelength domains.
This telescope uses as entrance pupil not a reflective or refractive device (mirror or lens), but instead an interferometric one, involving hundreds thousands of "basic" subapertures. These are mere holes punched in a large and thin foil. Their positioning law, which is close to but different from that of a Soret zone plate, causes focalisation (beam combination) by diffraction and interference. This optical scheme strongly reduces manufacturing and positioning constraints. However, as this entrance pupil is nothing but a special kind of diffraction grating, a focal module is needed to form an achromatic image onto a final focal plane.
The first part of this thesis studies the needs and designs of the Fresnel Interferometric Imager constituting elements, and presents the associated performances and limitations. The second part describes a breadboard project which I had the opportunity to develop and work on, illustrating experimentally the efficiency of this concept. Finally, the third part presents some possible astrophysical targets for a wide aperture Fresnel Imager.
This telescope uses as entrance pupil not a reflective or refractive device (mirror or lens), but instead an interferometric one, involving hundreds thousands of "basic" subapertures. These are mere holes punched in a large and thin foil. Their positioning law, which is close to but different from that of a Soret zone plate, causes focalisation (beam combination) by diffraction and interference. This optical scheme strongly reduces manufacturing and positioning constraints. However, as this entrance pupil is nothing but a special kind of diffraction grating, a focal module is needed to form an achromatic image onto a final focal plane.
The first part of this thesis studies the needs and designs of the Fresnel Interferometric Imager constituting elements, and presents the associated performances and limitations. The second part describes a breadboard project which I had the opportunity to develop and work on, illustrating experimentally the efficiency of this concept. Finally, the third part presents some possible astrophysical targets for a wide aperture Fresnel Imager.
L'Imageur Interférométrique de Fresnel est un concept de télescope spatial dont l'objectif est d'améliorer significativement les capacités d'imagerie à haute résolution angulaire et haute dynamique, et ce dans les domaines spectraux ultraviolet, visible et infrarouge.
Dans un télescope classique, la focalisation s'obtient par l'utilisation d'un miroir; dans le cas de l'Imageur Interférométrique de Fresnel, elle s'obtient par l'utilisation d'un masque diffractant comportant des dizaines ou des centaines de milliers d'ouvertures individuelles, réparties sur un support plan selon une loi se rapprochant de la disposition des anneaux d'une lentille zonée de Soret. Les contraintes de masse et de précision de fabrication de l'optique focalisatrice sont ainsi considérablement relâchées, ouvrant une voie pour concevoir un observatoire possédant une pupille d'entrée de très grande dimension. En revanche, de par la nature dispersive de cette optique, un module focal placé à grande distance est nécessaire pour achromatiser et mettre en forme l'image.
La première partie de cette thèse est consacrée à la détermination des caractéristiques des éléments constitutifs de ce type d'imageur, et à l'étude des performances et limitations associées. La deuxième partie est elle dévolue à la description et à la présentation des performances d'un prototype sol montrant expérimentalement la validité du concept. Enfin, la troisième partie étudie les objectifs astrophysiques possibles d'un Imageur de Fresnel opérationnel.
Dans un télescope classique, la focalisation s'obtient par l'utilisation d'un miroir; dans le cas de l'Imageur Interférométrique de Fresnel, elle s'obtient par l'utilisation d'un masque diffractant comportant des dizaines ou des centaines de milliers d'ouvertures individuelles, réparties sur un support plan selon une loi se rapprochant de la disposition des anneaux d'une lentille zonée de Soret. Les contraintes de masse et de précision de fabrication de l'optique focalisatrice sont ainsi considérablement relâchées, ouvrant une voie pour concevoir un observatoire possédant une pupille d'entrée de très grande dimension. En revanche, de par la nature dispersive de cette optique, un module focal placé à grande distance est nécessaire pour achromatiser et mettre en forme l'image.
La première partie de cette thèse est consacrée à la détermination des caractéristiques des éléments constitutifs de ce type d'imageur, et à l'étude des performances et limitations associées. La deuxième partie est elle dévolue à la description et à la présentation des performances d'un prototype sol montrant expérimentalement la validité du concept. Enfin, la troisième partie étudie les objectifs astrophysiques possibles d'un Imageur de Fresnel opérationnel.
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