Optimization of an adaptive optics system for space observation and implementation of an innovative near infra-red detector in wave-front sensing

Adaptive Optics (AO) allows the correction of the atmospheric effects on the images. This technic is today mature in astronomy. However the future systems require more advanced developments to increase sky coverage. In that, recent Avalanche PhotoDiodes (APD) arrays are promising by providing possible low flux wave-front sensing from visible to near infra-red. Other applications are also searching for take advantage of AO, like space observation or free space optical telecommunications. The integration of the ODISSEE AO bench at the OCA provides a sky acces for new concepts validation in many fields.We present in this PhD thesis the approach to calibrate and optimize the bench. We carry out a detailed analysis of error sources from a complete characterization of the system and of its results in operation, supported by a fitted modeling. These works enable guide future bench optimization works, and represent a gain in terms of operability for space observation and telecom, where ODISSEE has an unique status in Europe.In parallel we prepare the implementation of APD array for Wave-Front Sensing (WFS), by studying the RAPID camera. This involves analysing the impact of cosmetic and Fixed Pattern Noise (FPN) propagation on WFSensing in AO. Therefore we propose a FPN modeling and its propagation in AO. These works allow to design an optimize a RAPID wave-front sensor, taking advantage of the major breakthrough of APD arrays for AO.
L’Optique Adaptative (OA) permet de corriger les perturbations de l’atmosphère sur la formation des images au sol. Délicate à mettre en oeuvre en astronomie, des développements sont requis pour les futurs systèmes afin d’augmenter la couverture du ciel. L’avènement des matrices de PhotoDiodes à Avalanche (APD) est en ce sens prometteur, en rendant possible l’analyse de front d’onde faible flux du visible au proche infrarouge. D’autres domaines cherchent également à bénéficier de l’OA, tel que la surveillance de l’espace ou les télécommunications optiques en espace libre. L’intégration du banc d’OA ODISSEE à l’OCA offre un accès au ciel pour valider les nouveaux concepts dans chacun de ces domaines.Nous présentons dans ce mémoire la démarche suivie afin d’étalonner le banc. Une analyse fine des sources d’erreur est réalisée à partir d’une caractérisation complète du système et de ses résultats en fonctionnement, appuyée par une modélisation au préalable recalée. Ces travaux permettent de guider les améliorations futures, et représentent de plus un gain en opérabilité dans les domaines de la surveillance et des télécommunications, où ODISSEE a acquis un statut unique en Europe.Parallèlement, nous préparons la mise en oeuvre en analyse de front d’onde d’un détecteur APD, autour de l’étude de la caméra RAPID. Il s’agit d’étudier l’impact en OA des défauts de cosmétique, et du Bruit Spatial Fixe (BSF). Nous en proposons une modélisation et simulons sa propagation. Ces travaux ouvrent la voie à la conception d’un ASO RAPID optimisé, tirant parti de l’avancée majeure que constitue cette nouvelle génération de détecteur pour l’OA.