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Développement d'un diffusomètre pour systèmes optiques complexes

Description

Le projet LISA de détection des ondes gravitationnelle exploite une interférence entre un faisceau d'une fraction de nanowatt, reçu d'un satellite distant de 2,5Mkm via un télescope, et un faisceau local. Le même télescope adresse au satellite distant un faisceau d'un Watt, copie du faisceau local. Dans ces conditions, et puisque la mesure de phase d'interférence doit être faite avec un plancher de bruit de quelques microradian/racHz, toute lumière parasite peut décaler la phase d'interférence et donner lieu à un bruit. Sur un instrument tel que le MOSA (moving optical sub-assembly), qui comporte trois interféromètres en mode équilibré, les sources de lumière parasite sont nombreuses, et de nature variée (réflexion ou transmission parasite, diffusion sur des optiques imparfaites, rétrodiffusion dans une fibres optiques, polarisation imparfaite,..).

Afin d'étudier le champ diffusé par une surface rugueuse ou contaminée, le laboratoire ARTEMIS a mis au point un montage interférométrique simple, permettant la mesure sur un composant élémentaire (miroir par exemple), avec un plancher de -130dB. Mais ce montage ne permet pas de reconnaitre les diverses sources lorsque plusieurs imperfections contribuent à la lumière parasite. Or il sera essentiel, au cours de la mise au point des GSE (ground support equipments), et plus encore durant la phase d'AIVT (assemblage, intégration, vérification et tests) de la mission LISA, de reconnaître individuellement les diverses sources de lumière parasite pour y remédier de façon individuelle et d'assurer la performance en vol de l'instrument.

Le travail de thèse portera sur la mise au point d'un instrument mesurant la rétrodiffusion d'un système optique de façon à identifier les différentes contributions à la rétrodiffusion. Le dispositif est basé sur un laser dont la fréquence optique est affectée d'une dérive linéaire, permettant une interférométrie à dérive de fréquence, dont l'analyse spectrale fournit une "carte" des sources de rétrodiffusion en fonction de leur position. Le laser à dérive sera obtenu par asservissement d'un laser accordable sur un signal d'un interféromètre de Michelson hétérodyne fibré. L'interféromètre fibré peut être mise en œuvre de façon à détecter le signal de retour sans changement de polarisation, puis, avec un changement très mineur, le retour optique avec polarisation croisée.

L'étudiant devra faire l'étude du dispositif, spécifier le montage et l'asservissement, réaliser l'asservissement et démontrer et caractériser le fonctionnement métrologique et sa résolution, en amplitude et en précision de localisation.  Il devra ensuite programmer l'ensemble du dispositif pour que les séquences d'acquisition se fassent de façon autonome et tracent automatiquement le spectre de l'amplitude du retour optique. Enfin il mettra en œuvre l'instrument sur des systèmes (télescopes, vrais ou simplifiés, interféromètres) en concevant des procédures de traitement du signal adaptées au cas d'un montage optique complexe.

La thèse doit aboutir à un instrument directement utilisable sur un montage optique complexe. L'instrument sera bien sûr réalisé à la longueur d'onde  1.06µm du projet LISA, mais le principe peut être repris à l'identique, et appliqué dans tout domaine de longueur d'onde où existe un laser accordable sur typiquement 1 nm.

Profil

L'étudiant devra avoir un master ou un diplôme d'ingénieur en optique, photonique, lasers. L'électronique et l'interfaçage d'instruments seront un plus. Il travaillera au sein de l'équipe LISA du laboratoire ARTEMIS, dans le cadre du consortium international LISA. L'anglais est exigé.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Laboratoire ARTEMIS
Directeur(rice) de thèse/recherche : Lintz Michel
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : michel.lintz@oca.eu
Responsable Cnes de l'offre : ETCHETO Pierre

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

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