Conférence

Le système d'optique adaptative NAOS

Caractéristiques techniques

Schéma de NAOS,
le système d'optique adaptative du VLT

Caractéristiques

• 2,5 m de diamètre, 70 cm d'épaisseur

• Poids au foyer Nasmyth du télescope : 1,6 tonnes de structure mécanique, 600 kg d'optique et d'électronique,

• Poids sur la plateforme Nasmyth : 500 kg d'électronique, 1,5 tonnes d'enrouleurs de câbles et servitudes.

• Coût : 9 MEuros

Principe

NAOS analyse en temps réel les perturbations de surfaces d'onde induites par la turbulence. Cette analyse est faite, selon les objets observés, soit dans le visible, soit dans l'infrarouge proche (0,9-2,5 µm) jusqu'à 500 fois par seconde, à partir d'étoiles naturelles présentes dans la partie du ciel observée, ou d'étoiles artificielles (étoile laser qui sera fournie par le VLT).

NAOS permet de corriger les effets de la turbulence, et fournit à l'instrument d'imagerie infrarouge à haute résolution angulaire CONICA des images proches de la limite de diffraction. Le domaine spectral couvert va de 1 à 5 µm, c'est-à-dire de la bande J à la bande M. Un deuxième foyer de réception pourrait être également équipée d'un instrument visiteur (probablement une caméra travaillant dans le visible).

Pendant la période de test, dans des conditions normales de visibilité (0,9 secondes d'arc), NAOS a atteint un rapport de Strehl (en anglais, Strehl Ratio : SR) de plus de 50 % lorsqu'il pointait sur des étoiles naturelles brillantes.

Schéma optique de NAOS

Schéma optique de NAOS
Foyer de Nasmyth : F/15, 2 minutes d'arc (arcmin) de champ de vue
Foyer de sortie de NAOS : F/15 - 2 arcmin de champ de vue

Sur ce schéma optique, la voie de l'analyseur de surface d'onde (Wavefront Sensor, WFS) n'est pas représentée. Le faisceau d'entrée de NAOS est le faisceau F/15 du foyer Nasmyth du VLT avec un champ de vue de 2 minutes d'arc de diamètre. NAOS transmet aux instruments astronomiques un faisceau F/15 corrigé des effets de la turbulence dans un champ de vue de 2 minutes d'arc. Deux paraboles hors d'axe permettent de reconstituer la pupille du télescope sur le miroir déformable. Le miroir de pointage deux axes (ou miroir tip-tilt), monté en amont du miroir déformable et près du plan de la pupille, est plat. Une lame dichroïque sépare la lumière, en transmission vers CONICA, en réflexion vers l'analyseur de surface d'onde.

Optique corrective

Le miroir de stabilisation d'image (tip-tilt) compense le mouvement global de l'image, tandis que les déformations localisées de la surface d'onde sont gérées par le miroir déformable. Les corrections à appliquer à la surface d'un miroir déformable et à l'orientation d'un miroir de stabilisation d'image sont calculées par un ordinateur temps réel dédié à une fréquence maximale de 500 Hz.

• Le miroir de pointage deux axes (ou tip-tilt), d'une précision de 2,1 millisecondes d'arc (mas), possède un système de correction à deux axes, équipé de quatre déclencheurs à bobine acoustique en montage symétrique. La bande passante temporelle de la fonction de transfert en boucle fermée est de 350 Hz à -3dB, limitée par la première fréquence de résonance mécanique.

Miroir de pointage

• Le miroir déformable (115 mm de diamètre) est contrôlé en 185 points (un point tous les 7 mm) par des actionneurs piézoélectriques qui abaissent ou soulèvent sa surface sur 10 µm de course. La qualité optique obtenue est de 30 nm.

Une image quasi-parfaite est fournie en permanence à CONICA.

Miroir déformable de NAOS

Principe du miroir déformable :
des actionneurs piézo-électriques déforment la membrane réfléchissante.

Les deux analyseurs de surface d'onde (ASO)

Les perturbations sont mesurées à l'aide de deux analyseurs de surface d'onde de type Shack-Hartmann :

• un fonctionnant dans le domaine visible (0,45 - 0,9 microns)
• un fonctionnant dans le domaine infrarouge (0,9 - 2,5 microns)

Le schéma optique de l'analyseur de surface d'onde comprend le sélecteur de champ (Field Selector, FS), le miroir de sélection de l'analyseur (au choix, ASO visible ou ASO infrarouge) et les deux analyseurs de surface d'onde. Le sélecteur de champ, placé à l'entrée de voie de l'analyseur, choisit les étoiles naturelles nécessaires à l'analyse de la surface d'onde dans un champ de vue de 2 minutes d'arc. Il permet également l'utilisation d'objets en mouvement pour l'asservissement, la compensation de la réfraction différentielle, la compensation des flexions de l'instrument (pré-calibrées). Il est constitué de deux miroirs tip-tilt parallèles travaillant en boucle fermée pour obtenir une grande stabilité angulaire.

Les deux analyseurs de surface d'onde de NAOS sont de type Shack-Hartmann (voir le principe de Shack-Hartmann ci-dessous). La configuration 14x14 (avec 144 sous-pupilles valides) est adaptée aux étoiles guides brillantes, tandis que la configuration 7x7 (36 sous-pupilles valides) permet des corrections substantielles pour des étoiles guides de faible intensité.

Principe du Shack-Hartmann

Exemple : échantillonnage de la pupille avec la configuration 14X14 sous pupille

Matériel et logiciel de gestion en temps réel

5 calculateurs coopèrent pour contrôler NAOS, sa mécanique, ses analyseurs de surface d'onde, ses miroirs déformables. Le système s'auto-configure de manière optimale en fonction des conditions de turbulence, des objets observés, ou du type d'observation menée par CONICA.

NAOS AND CONICA

La caméra CONICA est fixée sur le rotor Nasmyth.

NAOS est une interface opto-électronico-mécanique qui fournit à la caméra CONICA (COude Near Infrared CAmera) un faisceau corrigé des effets de la turbulence atmosphérique. La structure mécanique de NAOS en fait une sorte de pièce intermédiaire fixe entre CONICA et le foyer Nasmyth, de sorte que l'ensemble se retrouve solidaire du mouvement de rotation autour de l'axe d'altitude du télescope, mouvement qui permet de compenser la rotation du champ.

Mis à jour le 25 mai 2004 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation