optique adaptative

L'optique adaptative (OA) est un système de correction optique actif qui contrecarre le flou causé par la turbulence atmosphérique dans les télescopes au sol. L'atmosphère décale continuellement la phase des ondes lumineuses entrantes, dégradant la qualité de l'image. Un système d'OA mesure continuellement ces distorsions de phase et applique des corrections via un miroir déformable, atteignant généralement des performances limitées par la diffraction qui égalent ou dépassent ce que les télescopes spatiaux peuvent offrir.

Les composants principaux fonctionnent comme un système en boucle fermée. Un capteur de front d'onde, généralement un capteur de Shack-Hartmann, échantillonne la lumière déformée en la divisant en sous-ouvertures et en mesurant l'inclinaison locale du front d'onde à travers chaque ouverture. Un système de contrôle en temps réel traite ces données et calcule la déformation requise. Un miroir déformable actionné par des actionneurs, généralement une surface réfléchissante mince avec 50 à 4000 actionneurs selon la sophistication du système, applique la correction, généralement à des taux de 100 à 2000 Hz. Le miroir doit se stabiliser et réagir dans le temps de cohérence de la turbulence atmosphérique, généralement quelques dizaines de millisecondes.

Variantes et limitations

L'OA à étoile guide naturelle utilise une étoile brillante près de la cible pour mesurer la distorsion atmosphérique. Les systèmes à étoile guide laser créent une balise de référence artificielle en excitant des atomes de sodium dans la haute atmosphère, permettant une correction loin des étoiles naturelles brillantes. L'OA de couche de sol ne corrige que le premier kilomètre d'atmosphère environ et fonctionne sur des champs plus larges. L'OA multi-conjuguée utilise plusieurs miroirs déformables à différentes hauteurs pour corriger la structure tridimensionnelle de la turbulence, améliorant les performances sur des champs de vision plus grands au prix d'une complexité accrue.

Les performances se dégradent lorsque les conditions atmosphériques s'aggravent, lorsque l'étoile guide est faible ou éloignée de la cible scientifique, ou lorsque le système ne peut pas réagir assez rapidement à l'évolution atmosphérique. L'erreur résiduelle augmente avec la longueur d'onde et avec le degré de décalage angulaire entre l'étoile guide et la cible. Les systèmes rencontrent également des difficultés en lumière visible en raison du bruit et des variations atmosphériques plus lentes dans le spectre visible.

L'optique adaptative est devenue la norme sur les grands télescopes au sol de plus de 4 mètres d'ouverture. Les instruments modernes offrent des rapports de Strehl (intensité de crête par rapport à la limite de diffraction) de 0,5 à 0,9 dans le proche infrarouge et les longueurs d'onde plus longues, rendant les observations au sol compétitives avec les télescopes spatiaux pour de nombreux objectifs scientifiques tout en conservant les avantages des ouvertures plus grandes et des changements d'instruments plus faciles.