Thèse Mesure du Champ Complexe pour l'Optique Adaptative en Fortes Perturbations H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : ONERA/DOTA - Département Optique et Techniques Associées Direction de la thèse : Thierry FUSCO Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Une onde optique se propageant dans un milieu inhomogène, comme la turbulence atmosphérique par exemple, subi des perturbations de phase qui, en se propageant, causent des perturbations de phase et d'amplitude. Dans l'instrument optique de réception la perte de cohérence spatiale de l'onde peut être rétablie par optique adaptative, une méthode de correction en temps réel des aberrations de la phase de l'onde.
Le composant clé qui mesure les perturbations, l'analyseur de front d'onde, suppose des perturbations d'amplitude faible en fonctionnement nominal. Toutefois, pour un certain nombre d'applications la perturbation ne peut être réduite à une perturbation de phase seule. C'est le cas par exemple pour des liaisons optiques de communication horizontales ou encore pour la focalisation sur cible à très basse élévation. Dans ces conditions, les analyseurs qui reposent sur une évaluation de la pente du front d'onde, comme l'analyseur de front d'onde Shack-Hartmann, atteignent leurs limites. La prise en compte de l'amplitude dans le processus de mesure de la phase, voire de l'amplitude complexe du front d'onde devient nécessaire. Des analyseurs interférométriques, comme l'analyseur par courbure, le masque de Zernike, l'interféromètre à trois ondes peuvent être envisagés mais ils présentent des dynamiques de mesure limitées.
Pour pallier cette limitation plusieurs concepts d'analyseurs de front d'onde opérant en fortes perturbations ont émergé récemment. Ils reposent tous sur la résolution numérique de l'équation de propagation reliant les perturbations (phase et amplitude) dans un plan d'intérêt à une mesure d'intensité bi-dimensionnelle effectuée dans un ou plusieurs plans successifs. Le nombre de degrés de liberté pouvant être estimé correspond au nombre de mesures indépendantes disponibles. La rapidité de la convergence du processus d'estimation et sa précision sont conditionnées par le rapport signal à bruit des mesures et leur décorrélation spatiale. Une méthodologie pour comparer différents concepts d'analyseurs de front d'onde robustes à la scintillation a récemment été proposée par M. Vorontsov et al. Parmi les concepts proposés, certains présentent des perspectives particulièrement intéressantes pour les conditions de propagation rencontrées dans les liaisons de communication optique, qui se caractérisent par des rapports signaux à bruit importants, et des dynamiques de variations de la puissance optique reçue significatives.
L'objectif de ces travaux de thèse est d'explorer ces différents types d'analyseurs pour le cas d'emploi des liaisons optiques de communication, d'étudier leurs propriétés, leur dynamique, leur sensibilité et leur contrainte d'étalonnage, pour parvenir à l'issue de la thèse à démontrer en laboratoire l'opération d'une boucle d'Optique Adaptative en régime de forte perturbation. Après une phase d'analyse bibliographique qui permettra de sélectionner plusieurs concepts parmi les plus prometteurs, l'étudiant comparera par modélisation sur un modèle de canal de référence les propriétés de ces méthodes de mesure en s'appuyant sur la méthodologie décrite dans la littérature (travaux de M. Vorontsov). L'utilisation de ces méthodes pour des mesures en boucle ouverte et en boucle fermée sera investiguée. Cette démarche aboutira à la sélection d'une méthode privilégiée qui sera mise en oeuvre expérimentalement. Les résultats issus de la modélisation pourront alors être validés grâce au banc PICOLO de l'ONERA, un émulateur de canal de propagation qui reproduit fidèlement les propriétés des perturbations de l'onde optique pour des liaisons optiques proches de l'horizontale.
Analyse de front d'onde en régime de fortes perturbations et correction de phase par optique adaptative. Développement et test d'un dispositif de mesure du champ complexe temps réel pour l'optique adaptative Analyse par modélisation numérique du comportement de différents concepts d'analyseur et comparaison de leurs contraintes de mise en oeuvre. Formalisation d'un critère composite des contraintes de dimensionnement traduisant le compromis précision/dynamique/sensibilité, analyse du critère par modélisation numérique, sélection d'un analyseur adapté au besoin des liaisons de communication optique, développement et test d'un concept expérimental en laboratoire.

Master d'optique, de traitement du signal physique, physique généraliste