Avec OA (en bas à gauche), une image stellaire est bien plus finement résolue que sans (en haut à gauche) et le flux de la source est beaucoup moins dilué. L'élargissement à mi-hauteur de la tache image passe de 0.5 à 0.07".
Crédit :
CFHT
Avec OA (à droite), la surface de la Lune présente des détails inaccessibles sur l'image non corrigée
(système d'OA NAOS, développé pour le VLT à l'ESO). La largeur totale du champ représente 26", soit 45km.
Crédit :
ESO
Speckles, enregistrés par une succession de pose courte (vidéo inverse), et seeing résultant. La figure de diffraction est reconstruite grâce à l'OA.
Crédit :
ESO
Intérêt de l'optique adaptative
Avec un système d'optique adaptative (OA), les images sont bien mieux piquées et résolues. L'image y gagne en résolution spatiale ainsi qu'en dynamique. L'OA remet les speckles en bon ordre.
Comment l'optique adaptative lutte contre la turbulence : le front d'onde perturbé est analysé ; le résultat de l'analyse commande les déformations du miroir déformable. En boucle fermée, le système de contrôle corrige les résidus au front d'onde optimal.
Crédit :
Observatoire de Paris/LESIA
Chaîne de rétroaction
Crédit :
CFHT/Keck
Boucle de rétroaction
Le principe de l'optique adaptative consiste en l'analyse et correction du front d'onde, en boucle fermée.
La boucle de rétroaction consiste en l'activation de senseurs commandés d'après les informations des capteurs de déformation du front d'onde.
En boucle ouverte, l'étoile double n'est pas résolue.
Crédit :
ESO
En boucle fermée, le système d'optique adaptative permet de distinguer les 2 composantes de l'étoile double.
Crédit :
ESO
Miroir de tip-tilt pour le télescope Gemini, en phase de test au laboratoire LESIA de l'Observatoire de Paris. Ce miroir, allégé, peut très rapidement osciller selon 2 axes perpendiculaires, pour corriger les 2 mouvements principaux de perturbation de l'atmosphère.
Crédit :
Observatoire de Paris
Miroir déformable : la membrane réfléchissante, très mince, est déformée par des actuateurs piézo-électriques.
Crédit :
ONERA
Il faut la boucler !
Selon que la boucle de rétroaction est ouverte ou fermée, l'OA fait son oeuvre ou non. Elle commande alors un miroir plan orientable, de correction de tip-tilt et un miroir déformable pour corriger les fréquences spatiales plus élevées.
De gauche à droite : en bleu foncé, la bonnette d'adaptation, le système d'optique adaptative NA0S, et en rouge le cryostat de la caméra infrarouge CONICA
Crédit :
ESO
NACO au foyer Nasmyth de Yepun (VLT)
Depuis 2001, un système d'optique adaptative est en service régulier au VLT à l'ESO, alors même que cette technique n'a émergé que dans les années 90.
Prérequis
Optique géométrique.
Objectifs
L'optique adaptative (AO) a pour but la correction en temps réel
des déformations du front d'onde incident, dues à la turbulence
atmosphérique, en leur opposant la contre-déformation d'un miroir
déformable.
La boucle de rétroaction
La boucle de rétroaction de l'optique adaptative comprend les éléments suivants :
- Miroir plan orientable : Il corrige les défauts de pointage et
le basculement de l'image
- Miroir déformable : Il corrige jusqu'à un certain ordre les
perturbations du front d'onde
- Boucle d'asservissement : Electronique et calculateur rapide
assurant la commande des miroirs déformables, avec une fréquence
de l'ordre de la centaine de Hz.
Les performances ultimes
L'OA permet de récupérer la tache de diffraction, de diamètre angulaire défini par le collecteur primaire.
Cette performance dépend du nombre d'éléments d'images analysés sur le front d'onde, du nombre d'actuateurs mis en oeuvre, ainsi que de la fréquence de correction.
Tache de diffraction récupérée par OA (NACO/VLT) en bande K.
Crédit :
ESO
Les limites
Corriger la surface d'onde en un plan d'onde idéal nécessite en général une source ponctuelle de référence, de luminosité suffisante, dans le proche voisinage de la cible étudiée.
La correction est limitée dans une région spatiale restreinte,
de l'ordre de 30", et la correction est aujourd'hui réalisable dans le visible et avec d'excellentes performances dans l'infrarouge (instrument SPHERE du VLT), où les effets de la turbulence sont moindres (cf page consacrée au seeing). Le front d'onde lumineux est souvent analysé dans le visible et corrigé dans le proche IR.
La correction est aujourd'hui réalisable dans le visible et avec d'excellentes performances dans l'infrarouge (instrument SPHERE du VLT), où les effets de la turbulence sont moindres (cf page consacrée au seeing). Le front d'onde lumineux est souvent analysé dans le visible et corrigé dans le proche IR.
Correction par optique adaptative
En boucle fermée, la chaîne de rétroaction de l'optique adaptative ne mesure que les erreurs résiduelles de phase du front d'onde. La déformation du miroir doit toujours compenser toutes les erreurs.
Evolution du front d'onde.
Crédit :
ASM
Performance de l'optique adaptative
Difficulté : ☆
Temps : 20 min
Question 1)
Les performances en optique adaptative à 2.2 ou 5 microns, pour le VLT (8 m), sont limitées par la diffraction du collecteur primaire. Comparer, en prenant 
dans le visible, les résolutions angulaires avec et sans OA, et le gain apporté par l'OA.
Diamètre angulaire de la tache de diffraction : 
Diamètre de cohérence : 
Question 2)
Pourquoi la tache image à plus courte longueur d'onde n'est-elle pas fixée par la diffraction du primaire ?
Réfléchir d'une part aux caractéristiques de la turbulence, d'autre part aux propriétés de la tache de diffraction.
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(cm)
