Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’optique adaptative est une technique qui s’impose dans des domaines de plus en plus variés. Développée initialement pour corriger les effets de la turbulence atmosphérique, elle est aujourd’hui appliquée à l’imagerie biomédicale comme aux grandes chaînes laser. Cet article en présente son principe, les techniques et composants sur lesquels elle s’appuie et donne quelques règles pour les mettre en œuvre. Enfin, il introduit les principaux défis qui s’ouvrent dans les années à venir pour lever les verrous qui limitent encore son utilisation.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Adaptive optics is a technique that is becoming increasingly popular in a variety of fields. Initially developed to correct the effects of atmospheric turbulence, it is today applied to biomedical imaging as well as to large laser chains. This article presents its principle, the techniques and components on which it is based, and gives some rules to implement them. Finally, it introduces the main challenges that are opening up over the years to lift the locks that still limit its use.
Auteur(s)
-
Vincent MICHAU : Adjoint scientifique - Département d’Optique et Techniques Associées, Onera, Palaiseau, France
-
Cyril PETIT : Maître de Recherche - Département d’Optique et Techniques Associées, Onera, Palaiseau, France
INTRODUCTION
I’optique adaptative est un concept ancien, une légende datant de l’Antiquité attribue à Archimède d’avoir embrasé les galères ennemies durant le siège de Syracuse grâce à de grands miroirs orientés pour focaliser les rayons du Soleil. Sous Louis XIV, cette expérience est reproduite par Buffon : le miroir formé de facettes orientables réalisé à cette occasion est encore visible au musée des Arts et Métiers à Paris. Finalement, en 1953, HW. Babcock prend en compte le caractère ondulatoire de la lumière et expose le principe de l’optique adaptative « moderne ».
Néanmoins, sans la technologie adéquate, les concepts les plus prometteurs ne peuvent pas aboutir. Il faut attendre les années 1970, pour voir l’apparition des premiers miroirs déformables, des calculateurs rapides, et des caméras numériques, puis le développement de systèmes d’optique adaptative. L’effort est mené sous l’impulsion de la défense américaine pour la focalisation des faisceaux laser de très haute puissance dans l’atmosphère, dans le contexte de la guerre des étoiles. La communauté astronomique s’empare ensuite de cette technologie pour accéder aux performances ultimes des grands télescopes au sol. En effet, bien qu’il soit théoriquement possible d’atteindre la résolution imposée par la diffraction par traitement d’image, l’optique adaptative est incontournable pour concentrer le signal, améliorer sa détection et accéder à la sensibilité ultime de ces instruments. Ainsi dans les années 1980, industriels et chercheurs européens unissent leurs forces et aboutissent à la première démonstration de l’optique adaptative pour l’astronomie à la fin de la décennie.
Depuis cette date, l’évolution de l’optique adaptative est faite d’allers-retours permanents entre développements technologiques et développements de concepts. Dans une première phase, les astronomes, très actifs, ont poursuivi sur la voie de leur succès, travaillant sans cesse à développer de nouveaux concepts pour repousser les limites de l’optique adaptative. Aujourd’hui, la quasi-totalité des grands télescopes sont équipés d’optiques adaptatives toujours plus ambitieuses, mais toujours plus coûteuses. Parallèlement, d’autres communautés scientifiques se sont approprié cette technologie. La première a été celle des grands équipements, comme les grands lasers de puissance, pour lesquels l’investissement associé au développement de composants dédiés, notamment les miroirs déformables, n’était pas un obstacle. Les ophtalmologistes et les microscopistes ont à leur tour mis en œuvre cette technologie, pour améliorer la résolution de leurs dispositifs d’imagerie et la focalisation des lasers dans les milieux biologiques. L’intérêt de la communauté biomédicale pour l’optique adaptative a poussé à une réelle démocratisation des composants (miroirs déformables, calculateurs temps réels, caméras rapides). Cette démocratisation a suscité en retour l’intérêt de nombreux ingénieurs et chercheurs qui s’en emparent pour des applications de plus en plus variées. Ainsi, l’optique adaptative devrait être un élément clé des futures liaisons optiques en espace libre.
L’objectif de cet article est de poser les bases de l’optique adaptative pour les ingénieurs et chercheurs qui souhaitent aborder le sujet. Compte tenu de l’étendue des applications et de la diversité des concepts développés, cet article ne peut pas être exhaustif. Après des rappels sur la formation d’image et l’atmosphère turbulente, il introduit les principaux types d’analyseurs de surface d’onde et de miroirs déformables susceptibles d’être utilisés en fonction des applications. En s’appuyant sur des modèles simples, il décrit les règles et la démarche à suivre pour dimensionner une optique adaptative et spécifier analyseur et miroir déformable. Une dernière partie est consacrée à ses principales applications.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Analyse de surface d’onde
En anglais
2. Principe de l’optique adaptative
L’Optique Adaptative (OA) a pour objectif de corriger en temps réel les perturbations de la phase d’une onde captée par un système optique. Il s’agit ainsi d’un système optoélectronique asservi, s’appuyant sur la mesure et la correction des effets de perturbation.
Les principaux éléments d’une optique adaptative sont représentés sur la figure 5. On a choisi ici le cas d’une OA placée au foyer d’un télescope observant une étoile depuis le sol. La phase de l’onde issue de l’étoile est perturbée à la traversée de l’atmosphère. L’OA vise à corriger ces effets, afin d’obtenir typiquement une image à la limite de diffraction dans un plan focal équipé par exemple d’une caméra d’imagerie. Dans cette configuration, un analyseur de surface d’onde fournit une mesure des perturbations de la phase. Cette mesure est exploitée par un calculateur temps réel pour contrôler un élément correcteur (ici un miroir déformable), et pour introduire une perturbation de la phase au mieux identique et opposée à la perturbation induite par la traversée de l’atmosphère. On a représenté ici une optique adaptative fonctionnant en boucle fermée, cette configuration étant la plus fréquente. Il faut toutefois souligner que dans certains cas, l’analyseur de surface d’onde ne peut être placé après le miroir déformable et qu’il faut mettre en œuvre un dispositif en boucle ouverte avec les difficultés inhérentes à son étalonnage et son contrôle (§ 5).
Dans l’architecture présentée sur la figure 5, un miroir sépare les photons utilisés pour la fonction mesure de surface d’onde (voie en réflexion), des photons dédiés à la fonction principale du système, ou signal utile (voie en transmission). La séparation des deux fonctions permet leur optimisation respective. Par ailleurs, si, par exemple, le signal utile ne porte que sur une partie limitée...
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Principe de l’optique adaptative
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GOODMAN (J.W.) - Introduction to Fourier Optics. - Roberts and Company Publishers (2005).
-
(2) - MARÉCHAL (A.) - Étude des effets combinés de la diffraction et des aberrations géométriques sur l’image d’un point lumineux. - Éditions de la Revue d’optique théorique et instrumentale (1948).
-
(3) - BORN (M.), WOLF (E.) - Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light. - Elsevier (2013).
-
(4) - KOLMOGOROV (A.N.) - Local turbulence structure in incompressible fluids at very high Reynolds numbers. - In: Dokl Akad Nauk SSSR (1941).
-
(5) - OBUKHOV (A.) - Temperature field structure in a turbulent flow. - Izv Acad Nauk SSSR Ser Geog Geofiz. 13:58-69 (1949).
-
(6) - FRIED...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
OOMAO, simulateur d’optique adaptative Matlab orienté objet, environnement numérique d’OA le plus utilisé de facto, intégrant des fonctions adaptées pour :
-
simulations de Monte-Carlo en optique physique,
-
études analytiques d’OA
-
conduite d’expériences optiques Hardware-in-the-Loop.
https://github.com/cmcorreia/oomao
HAUT DE PAGE
AO4ELT : congrès bisannuel dédié à l’optique adaptative pour les ELT et leurs instruments
http://ao4elt6.copl.ulaval.ca/
Alternativement avec SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
https://spie.org/conferences-and-exhibitions/astronomical-telescopes-and-instrumentation
AOIM : International Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine.
JRIOA : club SFO, session de la conférence bisannuelle de la SFO.
https://www.sfoptique.org/pages/les-clubs-sfo/club-optique-adaptative/
Conférence OSA : Imaging and Applied Optics
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
