Optique adaptative

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Effet de la turbulence atmosphérique
sur l'étoile HIC 59206 observée avec le Very Large Telescope
Sans correction Avec correction
Star HIC59206 VLT AO uncorrected.jpg Star HIC59206 VLT AO corrected.jpg

L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un miroir déformable. Elle utilise un principe similaire à l'optique active.

Éléments historiques[modifier | modifier le code]

Tout d'abord développée dans les années 1950, son domaine principal d'utilisation est l'astronomie mais commence à s'étendre à bon nombre d'autres domaines (fusion, médical, télécommunications). On commence à l'utiliser en ophtalmologie afin de produire des images très précises de la rétine.

Lorsque l'optique adaptative est utilisée pour corriger des déformations lentes introduites non par l'atmosphère mais par l'instrument optique lui-même – effet du vent, de dilatation des matériaux, de la gravité, etc. – on parle plutôt d'optique active.

Miroir déformable à ferrofluide

Aujourd'hui la recherche est très active dans ce domaine, principalement autour de l'optique adaptative sur miroir liquide. La technologie des miroirs liquides a récemment connu beaucoup de succès grâce à l'utilisation de ferrofluide permettant à un champ magnétique de contrôler la forme du miroir[1].

Principe[modifier | modifier le code]

Cette technique est notamment utilisée en astronomie par les télescopes terrestres pour corriger les observations d'étoiles entre autres. Si nous avons l'impression qu'une étoile scintille, ce n'est pas parce qu'elle émet de la lumière d'une façon non constante, mais en raison de la turbulence atmosphérique qui déforme l'image que nous en avons — et plus particulièrement une caractéristique du rayonnement lumineux appelé le front d'onde ou phase. En effet, une étoile, supposée ponctuelle dans le ciel visible, émet de la lumière à front d'onde sphérique qui, à l'échelle de la Terre (l'étoile étant à l'infini) est plan avant de traverser l'atmosphère. L'atmosphère est le siège de déplacements d'air (vent) qui créent des hétérogénéités de température et donc d'indice optique. Celles-ci sont essentiellement proportionnelles à celles des températures — voir le modèle de Gladstone-Dale. Le chemin optique que parcourt un rayon étant défini comme l'intégrale de n*dl (n l'indice optique, dl le déplacement élémentaire le long du trajet), les rayons ne parcourent pas le même chemin optique : le front d'onde que l'on observe n'est alors plus plan et l'image est déformée. En optique adaptative, on utilise alors un analyseur de front d'onde pour estimer la perturbation due à l'atmosphère, puis l'on déforme un miroir (grâce à un système de pistons) de manière à compenser exactement cette perturbation. Ainsi l'image après réflexion sur le miroir est presque telle que s'il n'y avait pas eu de dégradation.


Principe de l'optique adaptative


Mise en place pratique[modifier | modifier le code]

Construction de la matrice de commande[modifier | modifier le code]

En pratique, la mise en place d'un système d'optique adaptative commence par la construction d'une matrice de commande. Cette matrice représente les actionneurs à modifier pour reproduire chacune des aberrations optiques de la base des polynômes de Zernike[2].

Analyse de la perturbation du front d'onde[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Analyseur de front d'onde.

A partir de l'analyse de la perturbation du front d'onde par l'atmosphère via un analyseur de front d'onde on peut décomposer le défaut de front d'onde sur la base des polynômes de Zernike pour compenser les retards en utilisant le miroir déformable. En pratique on ne corrige qu'un nombre limité d'ordres de Zernike permettant d'obtenir un défaut résiduel suffisamment faible[3].

Etoile guide[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Étoile guide laser.

Pour réaliser l'analyse de front d'onde il est nécessaire de mettre en place une étoile artificielle qui permet de connaître les défauts dus à la perturbation atmosphérique[4].

L'idée a été proposée en 1987 par Antoine Labeyrie en utilisant la bande atmosphérique située vers 80km et riche en atomes de sodium qui excite bien pour un laser à 589,3 nm la résonnance du sodium. Il y a alors émission spontanée des atomes de sodium, qui constitue une étoile guide artificielle. L'idée a été la première fois appliquée en 1996 à Calar Alto[5].

Déformation du miroir[modifier | modifier le code]

Applications[modifier | modifier le code]

Astronomie[modifier | modifier le code]

Miroir déformable du VLT

La principale limitation de la qualité des observations astronomiques n'est plus la dimension physique des miroirs collecteurs de flux mais les perturbations atmosphériques. Cette constatation a incité à la création d'observatoires en altitude voire à l'envoi de téléscopes dans l'espace (où l'on s'affranchit du problème atmosphérique)[6].

La résolution du problème des turbulences atmosphériques peut aussi être faite par optique adaptative à l'aide de miroirs déformables rapidement controllés par ordinateur pour compenser les déformations de front d'onde[7].

Ophtalmologie[modifier | modifier le code]

L'optique adaptative permet une amélioration de l'imagerie rétinienne[8]. En effet, l'optique adaptative permet de corriger les défauts introduits par l’œil et elle permet une observation des photorécepteurs. Cette technique est primordiale pour le diagnostic de photorécepteurs détruit en cas de traumatisme ou de maculopathie occulte[9].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]