Cours 3
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1 Approche théorique et mise en œuvre expérimentale de l’optique adaptative sur les lasers Programme Jeudi 8 Novembre 10h00 : - Accueil des participants. 10h10-11h15 : - Introduction, définitions, exemples de senseurs de surface d’onde, J.-C. Chanteloup (CNRS). MRCT 11h15-11h30 : - Pause. 11h30-12h30 : - Les principales techniques d’analyse de surface d’onde utilisées en optique adaptive (Partie I), J. Primot (ONERA). 12h30-14h00 : - Pause déjeuner à l’Ecole Polytechnique. 14h00-15h00 : - Les principales techniques d’analyse de surface d’onde utilisées en optique adaptive (Partie II), J. Primot (ONERA) ; 15h00-15h15 : - Pause 15h15-16h45 : - Correcteurs de front d’onde, J.-C. Chanteloup (CNRS). 16h45-17h00 : - Pause 17h00-17h45 :- Présentation des activités et réalisations de la société Phasics SA, B. Wattellier. 17h45-19h30 : - Visites des installations lasers du LULI. 20h00 : - RDV au LULI pour départ restaurant. Vendredi 9 Novembre 09h00-10h30 : - Optique adaptative appliquée aux lasers, J.-C. Chanteloup/ B. Wattellier. 10h30-12h30 : - 1ère séance de travaux expérimentaux. 12h30-14h00 : - Pause déjeuner à l’Ecole Polytechnique. 14h00-16h00 : - 2nde séance de travaux expérimentaux. 16h00-17h00 : - Table ronde autour des besoins des participants et évaluation de la formation. 2 Plan du cours Partie I - Introduction, Définitions, Exemples de senseurs de surface d’onde, J.-C. Chanteloup (CNRS) Partie II - Les principales techniques d’analyse de surface d’onde utilisées en optique adaptative, J. Primot (ONERA) Partie III – Correcteurs de front d’onde, J.-C. Chanteloup (CNRS) Partie IV - Optique adaptative appliquée aux lasers, J.-C. Chanteloup (CNRS) / B. Wattellier (Phasics) 3 4 Optique adaptative 100 Joules avec AO Miroir déformable 100 Joules sans AO Senseur Cible 5 Recours à une lame compensatrice (Laser Halna) Surface d’onde déformée Lame compensatrice Source de distorsions (milieu amplificateur) Surface d’onde corrigée Surface d’onde incidence Distribution focale d’énergie après 5 passages dans l’amplificateur YLF Avec lame Sans lame 30% de l’énergie dans 2X la limite de diffraction 60% de l’énergie dans 2X la limite de diffraction Réalisation d’une lame de phase Polissage classique masses Optique Polissoir rotatif Polissage magnétorhéologique Outil d’abrasion de petite taille Tramage successif Optique Principe du polissage magnétorhéologique http://qedmrf.com/polishing/mrftechnology/how-it-works 7 8 Principe du polissage magnétorhéologique http://qedmrf .com/polishi ng/mrftechnology/h ow-it-works 9 Principe du polissage magnétorhéologique 0,95 0,076 Lentilles à focales variables 10 Lentilles à focales variables : l’electro mouillage http://youtu.be/3uDYMNA6aU8 11 Focale ajustable http://www.varioptic.com/media/cms_page_media/23/blurImage3.swf 12 Basculement ajustable 13 Lentilles à focales variables : l’electro mouillage (varioptic) Limitations : focus et tilt uniquement, transmission (97%), Diamètre (qq mm) Points forts : Compacité, facilté de mise en œuvre, faible consommation 14 Miroirs déformables liquides D. Brousseau, “Wavefront correction with a 37-actuator ferrofluid deformable mirror », Opt. Express 15, pp. 18190-18199 (2007) 15 16 Miroirs déformables : Contrôle modal ou zonal Modulation de l’altitude z du miroir Miroirs déformables bimorphes (surface continue, contrôle modal) 17 Les miroirs déformable bimorphes comportent plusieurs actionneurs eux-mêmes constitués de deux couches piézo-électriques. La tension appliquée crée des champs électriques opposés qui provoquent des dilatations latérales de signes contraires de chaque couche piézo-électrique. Ceci induit, par effet «bilame», une courbure du miroir au niveau de l'actionneur concerné. Membrane du miroir Actuateur Miroirs déformables bimorphes (surface continue, contrôle modal) Plusieurs combinaisons possibles des céramiques piézoélectriques Le miroir étant généralement épais, il est possible de déposer un traitement de surface diélectrique multi-couches: • Réflectivité élevée (>99.99%) • Applications de laser intense ou ultra-rapides • Possibilité de refroidir à l’eau 18 19 Différents miroirs déformables bimorphes 120 mm Cu mirror, 50 kW CW CO2 laser 100 mm glass mirror, YAG laser, 80 J, 100 ps 40 mm Si mirror with central hole 40 mm Cu mirror, 5 kW CW CO2 laser 30 mm glass mirror, TiSa laser, 1.5 J, 100 ps Ag coated glass mirror, TiSa laser, 1.5 mJ, 5fs IPLIT RAN Adaptive Optics for Industrial & Medical Applications Group 40 mm pure PZT mirror Miroir déformable bimorphe du LULI Diamètre = 98 mm Tenue au flux = 6 GW.cm-2 (testé à ~2J/cm2) Actuateurs = 30+1 Revêtement diélectrique Excursion = 6 20 Miroir piézo-électriques à actionneur de position (contrôle zonal) 21 Miroir électrostatiques à actionneur de force (contrôle zonal) 22 Points forts : vitesse, nombre d’actionneur Limites : course faible, diffraction si surface non continue Les micro-miroirs Les progrès de la micro-mécanique ont permis de réaliser des miroirs électro-strictifs de très grande résolution. La maîtrise du micro-usinage de la silice a ouvert le domaine des micro-machines (ou MEMS). Des lamelles de silice de quelques microns carrés de surface sont actionnées par effet capacitif lorsqu’on leur applique une tension. En déposant une membrane réfléchissante, on obtient un miroir déformable de très grande résolution. Ce type de miroirs est très bon marché et commence à être installé sur les télescopes. Exemples de micro-miroirs. A gauche, technologie Texas Instrument pour la vidéo-projection. A droite, micro-miroir fabriqué par Lucent Technologies pour l’aiguillage des différents canaux d’information pour la transmission des télécommunications. 23 Miroirs à actionneurs magnétiques (contrôle zonal, actionneur de force) Mirao (Imagine eyes) 24 Miroirs à actionneurs magnétiques (contrôle zonal, actionneur de force) 25 Miroirs à actionneurs magnétiques (contrôle zonal, actionneur de force) 26 Modulateur de phase à cristaux liquides adressé optiquement Surface d'iso-potentiel Surface d’onde du faisceau infra-rouge cohérent Cellule de cristal liquide Electrodes transparentes lecture BSO n1 Surface d’onde modulée adressage n2 Lumière incohérente à la longueur d’onde d’adressage E1 E2 V Tension électrique appliquée sur les électrodes P. Aubourg et al., Appl. Opt., 21, 3706 (1982). 27 Bien choisir son correcteur de surface d’onde 29 Localisation de la correction et fréquences spatiales Valve Miroir Def. (D/6)-1 Filtre Spatial (D/10)-1 Valve électro-optique Fréquences spatiales Miroir déformable Filtrage spatial Bien choisir son correcteur de surface d’onde Bien choisir son correcteur de surface d’onde Bien choisir son correcteur de surface d’onde Les différentes techniques de correction active de la surface d’onde Miroirs déformables - Résolution limitée par le nombre limité d’actuateurs - Tensions élevées requisent pour la commande des actuateurs - Seuil de dommage élevé - Technologie bénéficiant de récents développements (miroirs bimorphes) Modulateurs spatiaux à cristaux liquides - Dynamique de correction élevée (10) - Forte transmission dans l’infra-rouge - Faible coût -Grande résolution transverse -Faible seuil de dommage 33
