Développement d'une méthode de télémétrie de haute exactitude par chronométrie et interférométrie d'impulsions laser – ILIADE

Le projet Iliade est un projet sur 3 ans qui vise à démontrer une méthode de télémétrie laser de haute exactitude. Ce projet se justifie notamment par les besoins croissants de maîtrise (et donc de mesure) des distances entre satellites en vol en formation: les améliorations souhaitées portent, suivant les missions, sur l'exactitude ou sur la résolution des mesures de distance. - - L'idée est de mettre en oeuvre, grâce à une source laser pulsée stabilisée, trois mesures différentes, de résolution croissante: - -1) une mesure de différence de temps de vol entre les impulsions du faisceau parcourant la voie de référence et celles qui reviennent de la cible - -2) une mesure de phase relative entre les modulations détectées sur les deux voies - -3) et enfin une mesure de phase interférométrique. - - La mesure 3) est la plus sensible (<< micron), mais elle n'acquiert de signification absolue que parce que la mesure 2) a permis de lever l'incertitude sur le nombre entier de longueurs d'onde optiques . La mesure 2) n'a elle même de signification absolue que lorsque la mesure -1) a permis de déterminer le nombre entier de longueurs d'onde synthétiques. C'est bien la combinaison des trois mesures qui permet d'aboutir à une haute exactitude. Le montage est essentiellement en configuration de Mach-Zehnder, une des deux voies faisant l'aller-retour jusqu'à la cible. Sur chaque voie (référence, mesure) un étalon de Fabry-Perot sélectionne un mode du peigne de fréquences de la source pulsée. Les deux modes sélectionnés sont deux modes adjacents, si bien que le signal interférométrique est un battement à la fréquence fondamentale du laser. La phase de ce signal donne la mesure -3). Le modulateur à la sortie du laser masque/démasque le faisceau lors des séquences de mesure de temps de vol. - - - Le projet sera une collaboration entre trois laboratoires: - - La mesure de temps de vol sera mise au point au sein du laboratoire Gémini (Observatoire de la Côte d'Azur OCA), par le groupe spécialisé dans les mesures de distance terre-Lune et dans les transferts de temps par lien laser. Les dateurs à mettre en oeuvre bénéficieront des progrès accomplis pour le projet T2L2. - - Les aspects interférométrie et stabilisation, ainsi que la modélisation, puis la préparation de l'intégration du télémètre, seront pris en charge par le laboratoire ARTEMIS de l'OCA. - - Enfin la source laser pulsée sera mise au point au sein du groupe Solitons, lasers et communications optiques de l'Institut Carnot de Bourgogne (Université de Dijon) par mise en forme, dans des fibres optiques, du battement sinusoïdal de deux faisceau laser monomodes. Par un choix approprié des paramètres (non-linéarité, dispersion) des fibres ainsi que de leur longueur, le groupe est parvenu à obtenir des impulsions de < 4ps à 20GHz. - - L'aspect essentiel de cette source laser est qu'elle permet d'obtenir des impulsions courtes avec un spectre relativement peu étalé (quelques dizaines de modes). Au contraire, les lasers à modes bloqués, maintenant très utilisés dans les expériences de métrologie, présentent un spectre très large (>10000 modes). Cela aurait conduit à des exigences trop sévères sur les étalons FP qui réalisent la sélection de mode nécessaire à la mesure interférométrique. - - Pour que la mesure interférométrique puisse être exploitée de façon non-ambiguë il faut que la mesure de phase soit faite avec une très bonne précision (<10^-4 radian). Pour cela il faut que le bruit de phase des impulsions laser, pendant le retard qu'acquiert le faisceau mesure par rapport au faisceau référence , soit suffisamment faible. Cela impose de recourir aux meilleurs synthétiseurs actuels car le générateur d'horloge doit avoir un très faible bruit de phase aux fréquences d'offset qui correspondent au temps d'aller-retour vers la cible. - - Le travail portant sur la mise au point du montage devra avoir été précédé d'une simulation de l'expérience, de façon à déterminer