Fresnel diffractive imagery arrays : ground-based validation and space applications

L'imageur de Fresnel est un instrument focalisation diffractive qui est développé pour l'observation astrophysique depuis l'espace. Il est a longue focale, et de ce fait requiert le vol en formation. Pendant ma thèse, le concept a été étudié avec des prototypes au sol et validé en mesurant la qualité des images obtenues et les fonctionnalités de l'instrument. Depuis 2007, un prototype diffractif d'imageur de Fresnel de génération 2 a été connu, il a été mis au point en 2009, et fonctionne en parallèle sur un tube de lunette long de 18 mètres. Plusieurs grilles de Fresnel carrées de 200x200 mm ont été construites, testées au sol par l'observation de cibles astrophysiques, et améliorées pour tendre vers la qualité requise pour des applications depuis l'espace avec des grilles grande taille 4m ou plus. Des observations sont faites à Nice depuis juin 2009 avec un prototype de 200x200 mm d'ouverture, et 18 m de focale. Elles montrent que le concept fonctionne en conditions réelles. Les données acquises et les images obtenues démontrent la fonctionnalité et la qualité de cet imageur de Fresnel. La première partie de la thèse présente le principe de focalisation diffractive utilisé dans l'imageur de Fresnel, la formation des images, et le détail de sa conception : les caractéristiques des différents composants optiques du système et leurs performances nominales. La deuxième partie décrit les essais faits pour valider le concept et pour démontrer la formation des images à haute dynamique, les résultats d'observations, et l'optimisation du prototype au sol. La troisième et dernière partie propose une mission spatiale, et sa configuration pour l'observation depuis l'espace. Une cible telle qu'un disque d'accrétion autour d'une étoile jeune est prise comme cas d'étude pour la mission spatiale d'un imageur de Fresnel avec une ouverture de 20X20 m, ouvrant de nouveaux domaines de l'astrophysique dans l'ultraviolet.The Fresnel Array is a diffractive focalization instrument developed to be applied for space observation in astrophysics. It implies long-focal length focusing, thus, formation flying in space. During my thesis, the concept has been tested with ground-based prototypes and validated by measuring the image quality and instruments functionalities. Since 2007, a second generation Fresnel Diffractive imager prototype has been built, and operates on a 18 meter long refractor tube. 200x200 mm square Fresnel arrays have been constructed, tested with ground-based observation of astrophysical targets, and upgraded to demonstrate that they meet the quality for space applications at large array size : 4m. Observations are made in Nice since June 2009. They prove that the concept is working in real conditions, The collected data and the consequent images demonstrate the functionality and quality of Fresnel diffractive Imager. The first part of this thesis introduces the principle of Fresnel diffractive Imaging and its design. The specifications of the components in the system present the nominal performance. The second part describes the tests made to validate the instrument concept and demonstrate the high dynamic range imaging, the observation results, and the optimization of the ground-based prototype. The last part proposes a space mission, providing the space observations configurations. A target such as an accretion disc around a young star is shown as a study case for a Fresnel space mission with 20x20 meter arrays, opening new domains of astrophysics in the ultra violet

L'Imageur diffractif de Fresnel : Validation le ciel depuis le sol et l'observation spatial pour à Haute Résolution Angulaire

The Fresnel Array is a diffractive focalization instrument developed to be applied for space observation in astrophysics. It implies long-focal length focusing, thus, formation flying in space. During my thesis, the concept has been tested with ground-based prototypes and validated by measuring the image quality and instruments functionalities. Since 2007, a second generation Fresnel Diffractive imager prototype has been built, and operates on a 18 meter long refractor tube. 200x200 mm square Fresnel arrays have been constructed, tested with ground-based observation of astrophysical targets, and upgraded to demonstrate that they meet the quality for space applications at large array size : 4m. Observations are made in Nice since June 2009. They prove that the concept is working in real conditions, The collected data and the consequent images demonstrate the functionality and quality of Fresnel diffractive Imager. The first part of this thesis introduces the principle of Fresnel diffractive Imaging and its design. The specifications of the components in the system present the nominal performance. The second part describes the tests made to validate the instrument concept and demonstrate the high dynamic range imaging, the observation results, and the optimization of the ground-based prototype. The last part proposes a space mission, providing the space observations configurations. A target such as an accretion disc around a young star is shown as a study case for a Fresnel space mission with 20x20 meter arrays, opening new domains of astrophysics in the ultra violet.L'imageur de Fresnel est un instrument focalisation diffractive qui est développé pour l'observation astrophysique depuis l'espace. Il est a longue focale, et de ce fait requiert le vol en formation. Pendant ma thèse, le concept a été étudié avec des prototypes au sol et validé en mesurant la qualité des images obtenues et les fonctionnalités de l'instrument. Depuis 2007, un prototype diffractif d'imageur de Fresnel de génération 2 a été conu, il a été mis au point en 2009, et fonctionne en parallèle sur un tube de lunette long de 18 mètres. Plusieurs grilles de Fresnel carrées de 200x200 mm ont été construites, testées au sol par l'observation de cibles astrophysiques, et améliorées pour tendre vers la qualité requise pour des applications depuis l'espace avec des grilles grande taille 4m ou plus. Des observations sont faites à Nice depuis juin 2009 avec un prototype de 200x200 mm d'ouverture, et 18 m de focale. Elles montrent que le concept fonctionne en conditions réelles. Les données acquises et les images obtenues démontrent la fonctionnalité et la qualité de cet imageur de Fresnel. La première partie de la thèse présente le principe de focalisation diffractive utilisé dans l'imageur de Fresnel, la formation des images, et le détail de sa conception : les caractéristiques des différents composants optiques du système et leurs performances nominales. La deuxième partie décrit les essais faits pour valider le concept et pour démontrer la formation des images à haute dynamique, les résultats d'observations, et l'optimisation du prototype au sol. La troisième et dernière partie propose une mission spatiale, et sa configuration pour l'observation depuis l'espace. Une cible telle qu'un disque d'accrétion autour d'une étoile jeune est prise comme cas d'étude pour la mission spatiale d'un imageur de Fresnel avec une ouverture de 20_20 m, ouvrant de nouveaux domaines de l'astrophysique dans l'ultraviolet

L' imageur diffractif de Fresnel (validation le ciel depuis le sol et l'observation)

TOULOUSE3-BU Sciences (315552104) / SudocTOULOUSE-Observ. Midi Pyréné (315552299) / SudocSudocFranceF

A space Fresnel Imager for ultra-violet astrophysics: example on accretion disks

The Fresnel Diffractive Imager concept is proposed for space borne astronomical imaging at Ultra-Violet wavelengths, using diffractive focalization. The high angular resolution and high dynamic range provided by this new concept makes it an ideal tool to resolve circumstellar structures such as disks or jets around bright sources, among them, pre-main sequence stars and young planetary disks. The study presented in this paper addresses the following configuration of Fresnel diffractive imager: a diffractive array 4 m large, with 696 Fresnel zones operating in the ultra-violet domain. The diffractive arrays are opaque foils punched with a large number of void subapertures with carefully designed shapes and positions. In the proposed space missions, these punched foils would be deployed in space. Depending on the size of the array and on the working spectral band, the focal length of such imagers will range from a few kilometers to a few tens of kilometers. Thus, such space mission requires a formation flying configuration for two satellites around the L2 Sun-Earth Lagragian point. In this article, we investigate numerically the potential of Fresnel arrays for imaging circumstellar dust environments. These simulations are based upon simple protostellar disk models, and on the computed optical characteristics of the instrument. The results show that protoplanetary disks at distances up to a few thousand parsecs can be successfully studied with a 4 m aperture Fresnel imager in the UV