2021-2022 / SPAT0067-1

Atmospheric and adaptive optics

Durée

15h Th, 5h Pr

Nombre de crédits

 Master en sciences spatiales, à finalité2 crédits 

Enseignant

Olivier Absil

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

L'optique atmosphérique est l'étude des effets optiques induits par l'atmosphère terrestre sur des rayons lumineux se propageant depuis des sources éloignées. Le principal effet en astronomie est celui de la turbulence atmosphérique, qui limite les performances des télescopes au sol. Pendant les deux dernières dizaines d'années, les capacités et performances de systèmes d'optique adaptative (OA) ont fait l'objet de progrès remarquables. Ces systèmes opto-mécaniques compensent de façon active le floutage induit par la turbulence atmosphérique. En mesurant et corrigeant les distortions de front d'onde induites par les variations de l'indice de réfraction atmosphérique, les systèmes d'OA peuvent produire des images avec une résolution approchant la limite de diffraction des télescopes dans l'infrarouge proche.
Dans ce cours, nous détaillons les processus physiques et les équations fondamentales de l'optique atmosphérique les plus pertinentes pour l'astronomie, et présentons les techniques utilisés pour caractériser la turbulence atmosphérique. Nous introduisons ensuite les bases de l'OA, y compris les techniques d'analyse de front d'onde, les miroirs déformables, les étoiles laser, et les systèmes de contrôle en boucle fermée. Nous décrivons le budget d'erreur pour l'OA, et introduisons les différents types de systèmes d'OA qui ont été développés durant les 20 dernières années. Nous exposons les principes de chacuns d'entre eux, examinons leurs performances et limitations, et décrivons quelques applications notables (planètes extrasolaires, disques circumstellaires, centre galactique, noyau actifs de galaxies, etc).

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Ce cours vise à donner une synthèse des propriétés de la turbulence atmosphérique, de montrer comment elle nuit à la qualité des images astonomiques, et de décrire comment elle peut être corrigée en utilisant la technique de l'optique adaptative. A la fin du cours, l'étudiant sera capable de comprendre et de décrire les déformations successives encourues par un front d'onde depuis son entrée dans l'atmosphère terrestre jusqu'à sa mesure au plan focal d'un télescope équipé d'un module d'optique adaptative. Le cours donnera les connaissances de base nécessaires pour aborder des projets d'imagerie astronomique de pointe depuis le sol.

Savoirs et compétences prérequis

Ce cours nécessite des connaissances de base en optique géométrique et physique. C'est pourquoi nous suggérons de suivre également PHYS0048-3 (Coherent and incoherent optics, Instrumental optics I). Quelques rappels généraux en optique physique seront présentés au début du cours.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Partie théorique: leçons orales basées sur deux principaux articles de revue (Roddier et al. 1981 sur la turbulence atmosphérique, Hickson et al. 2016 sur l'optique adapative). Un diaporama sera utilisé et mis à disposition des étudiants.
Partie pratique: revue critique d'un récent article dans le domaine de l'optique atmosphérique ou adaptative, avec présentation d'un résumé de l'article en 10 min et discussion.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Les enregistrements des leçons pourront être mis à disposition des étudiants, si nécessaire.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Le diaporama utilisé durant les cours sera mis à disposition des étudiants, ainsi que les deux articles de référence sur lesquels le cours est basé.
Autre lecture recommandée: "Principles of adaptive optics, 3rd edition" (Robert K. Tyson, 2012, CRC Press).

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation orale

Autre : Présentation d'un article scientifique à la classe.


Explications complémentaires:

L'évaluation sera composée de deux parties:
- un examen oral où il faudra répondre à deux questions sur le cours théorique, tirées au hasard parmi une liste de questions soumise aux étudiants quelques semaines à l'avance,
- une présentation de l'article de recherche proposé à l'étudiant, suivie de quelques questions et d'une discussion général avec la classe.
Chaque partie comptera pour 50% de la note finale.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Contacts

- Enseignant: Dr Olivier Absil, Maître de Recherche F.R.S.-FNRS (olivier.absil@uliege.be)
- Secrétariat: Mme Nicole Massin (N.Massin@uliege.be)