Étoile Laser Polychromatique pour l'Optique Adaptative des très grands télescopes dans le visible. – ELP-OA

RESUME - ====== - L'imagerie à la limite de diffraction des très grands télescopes est devenue un outil majeur de l'astrophysique. L'optique adaptative (OA) permet ces observations, si la source, ou une source dans son domaine d'isoplanétisme, est assez brillante pour pouvoir cartographier la surface d'onde incidente. C'est la limitation principale de l'OA, surtout dans le visible. L'étoile laser fournit la référence de phase sauf pour la pente θ, sa position étant indéterminée. On utilise alors une étoile naturelle pour mesurer θ, d'où à nouveau une limitation : la probabilité est au mieux de ~10-7 aux pôles galactiques pour le visible. - - L'étoile laser polychromatique (ELP) résout cette difficulté rédhibitoire, en créant une source rayonnant à plusieurs longueurs d'onde, car θ est proportionnel à sa dérivée Δθ en fonction de λ. On peut donc mesurer θ à partir de l'ELP seule, sans étoile naturelle. Notre programme de R&D « ELP pour Optique Adaptative » (ELP-OA) est sans doute le seul au monde à ouvrir cette brèche, sur tout le ciel, ce qui est nécessaire à l'astrophysique des objets très faibles, priorité des télescopes optiques décamétriques (DOT). - - L'objectif du programme ELP-OA est de construire un démonstrateur d'ELP, au télescope de 1,52m de l'Observatoire de Haute-Provence, afin d'en établir expérimentalement les performances, et de les modéliser en vue de son application aux DOT. Le but est de corriger θ avec une erreur inférieure à la limite de diffraction du 1,52m. Au-delà, nous projetons d'installer ce démonstrateur au télescope de 3.60m CFHT. - - Les deux points clefs de la méthodologie adoptée pour ELP-OA sont : - 1.Le programme s'appuiera sur l'étude de faisabilité. Elle a reposé sur l'excitation du niveau 4D5/2 du Na mésosphérique, via le niveau 3P3/2. Cette étude nous a permis de résoudre les points critiques suivants : - a.Nos expériences sur le ciel au LLNL et au CEA/Pierrelatte ont montré que le flux de photons retournés permettra d'obtenir, selon notre modèle, un rapport de Strehl de 0.4 pour la pente avec 2 chaînes laser de 20W. - b.Notre laser sans mode a un profil spectral proche du profil Doppler de D2, minimisant la saturation de l'absorption par le Na mésosphérique. - c.Le sismomètre pendulaire, développé pour ELP-OA, mesure les mouvements angulaires du télescope, non vus par l'ELP, entre ~0.5 et ~50 Hz avec une précision de ± 3 marcsec. - d.Notre expérience ATTILA a montré une erreur de mesure de θ à partir de Δθ de 1 tache d'Airy à 580nm, conformément à notre modèle pour nos conditions d'observation. - - 2.Le programme est construit en étapes : - a.adaptation du 1,52m, - b.tests au zénith de la chaîne à 589nm ; - c.test au zénith des 2 chaînes à 589 et 569nm; - d.correction en temps réel sur étoile naturelle de θ d'après Δθ et les vibrations du télescope ; - e.évaluation des performances du démonstrateur complet et modélisation pour le CFHT et les DOT. - - Parallèlement, nous étudierons les autres applications de l'ELP, comme les télécommunications optiques spatiales. - - Description du projet - ===================== - Objectifs et contexte - --------------------- - Le concept d'étoile laser polychromatique (ELP) vise à mesurer la pente de la surface d'onde incidente sur un télescope sans recours à aucune une étoile naturelle ; ainsi l'optique adaptative (OA) devient utilisable dans toutes les directions du ciel, ce qui représente un progrès critique notamment pour atteindre la limite de diffraction aux courtes longueurs d'onde. L'objectif du programme ELP-OA est de construire un démonstrateur d'ELP, à l'Observatoire de Haute-Provence, afin d'établir expérimentalement les performances du concept, et du laser sans mode développé dans ce but au LSP. Nous pourrons ainsi modéliser ces performances en vue de l'utilisation de l'ELP aux télescopes décamétriques, et dans un premier temps au télescope de 3.