Perspectives instrumentales en interférométrie visible

1. Perspectives instrumentales en interférométrie visible PERSPECTIVES INSTRUMENTALES EN INTERFEROMETRIE VISIBLE Philippe Berio et Stéphane Lagarde SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

2. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Plan • Tour d’horizon des principaux instruments visibles en opération • NPOI • PAVO (SUSI/CHARA) • VEGA (CHARA) • Bilan • Projets en cours • VISION • VEGAS • Conclusions et Perspectives SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

3. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Tour d’horizon: NPOI • NPOI (Navy Precision Optical Interferometer): • Installé à Flagstaff (Arizona) • Sidérostats de 50cm déplaçables • Réseau Imagerie : 6 sidérostats - Bases de 2m à 437m • Réseau astrométrique : 4 sidérostats – Bases de 19m à 38m • Système de LAR : Long DL+ Fast DL • Système de métrologie pour l’astrométrie • INSTRUMENT FOCAL: • Fonctionnement en mono-r0 • Recombinaison co-axiale par paire • Modulation de l’OPD • Détecteur : 32 APDs • Group-delay fringe tracking sur 6 bases • Bande spectrale 550-850nm dans 16 canaux (R ~ 30-50) • Magnitude limite du fringe tracking sur une base : mv = 6.7 • Magnitude limite du fringe tracking sur 6 bases : mv ~ 6.0 • Mesures de V2 et de clôtures de phase SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

4. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Tour d’horizon: PAVO • INSTRUMENT FOCAL (installé sur SUSI et CHARA) • Fonctionnement en mode multi-r0 • Recombinaison multi-axiale de 3 télescopes • Filtres spatiaux optimisés sous forme de masques • Franges d’interférence modulées spatialement dans un plan pupille • Pupilles fragmentées en 16 zones dispersées et imagées sur le détecteur EMCCD • Bande spectrale 650nm-950nm avec R=40 • Magnitude limite mV=8.2 • Mesures de V2 mais pas de clôture de phase (?) SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

5. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Tour d’horizon: VEGA • INSTRUMENT FOCAL VEGA (CHARA) • Fonctionne dans le visible (450nm- 850nm) • Recombinaison de 2, 3 ou 4 télescopes • Recombinaison multi-axiale avec pupille redondante et codage spatio-spectral • Fonctionne en mode franges dispersées (R = 5000, 30000) • Fonctionne en mode multi-r0 (D/r0~ 7-10) • Franges enregistrées dans deux bandes spectrales simultanément • Utilisation de 2 détecteurs à comptage de photons • Franges asservies dans l’IR avec les instruments CLIMB ou MIRC • Magnitude limite mV~8 • Mesures de V2 (difficile pour V faible) mais pas de clôture de phase SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

6. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Tour d’horizon: Bilan • Instrument mono-r0(NPOI) • Magnitude limite mV~6 • Résolution spectrale faible R<50 • Instruments multi-r0 (PAVO, VEGA) • Magnitude limite mV~8 • Résolution spectrale jusqu’à 30000 • Mesures de visibilités faibles difficiles • Mesures de clôtures de phase très difficiles Pourquoi ces limitations en multi-r0? Amplitude du pic HF Estimateurs V2 et Df indépendants de ce facteur MAIS SNR V2 et Df impactés SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

7. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Tour d’horizon: Bilan • Pour dépasser les limites actuelles • => utilisation d’optiques adaptatives sur des télescopes de la classe 1-2m • Atteindre mV~10 • Mesurer des V<0.1 • Mesurer des clôtures de phase Evolutions prévues des grands réseaux interférométriques en opération CHARA : Installation d’OA sur les 6 télescopes de 1m (d’ici 2-3 ans) NPOI : Installation de 4 télescopes de 1.8m équipés d’OA (?) VLTI : Installation d’OA sur les ATs (en cours, d’ici 2 ans ?) SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

8. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VISION • INSTRUMENT FOCAL VISION (NPOI) • PI Matt Muterspaugh (Tennessee State University) • Design similaire à MIRC • Recombinaison multi-axiale avec pupille non redondante • Fonctionne en franges dispersées - 6 télescopes • Filtrage spatial par fibres optiques monomodes à maintien de polarisation • Détecteur à comptage de photons • Première franges 2T : 11 Octobre 2012 • Premières franges 4T :15 Janvier 2013 SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

9. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS • Réflexion sur un instrument de seconde génération • Démarrée début 2012 au sein du groupe VEGA • Pourquoi un instrument de seconde génération ? • Installation de systèmes d’OA d’ici 2 ou 3 ans • Problème de saturation des détecteurs comptage de photons (fort flux ou faible D/r0) • Mesure des clôtures de phase difficile (SNR du bi-spectre faible, trou de centreur) • Mesure difficile des visibilités faibles • Améliorer la magnitude limite • Améliorer la précision des mesures • Recombinaison de 6 télescopes simultanément SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

10. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS • Concept retenu • Mode de recombinaison similaire à celui de VEGA • Filtrage spatial par fibre optique monomode • Caméra analogique rapide bas bruit (type OCAM) • Performances attendues (CHARA avec OA + OCAM) VEGA actuel VEGA actuel Paramètres: Efficacité quantique: 90%, Transmission CHARA: 3%,Transmission Spectro: 46%,Transmission OA: 80%,Transmission Polar: 50% ,Bruit de lecture: 0.13, 4 pixels par frange, FOV: 2l/D , Dl: 15nm @ 700nm, npix: 48x214 , DIT: 15ms, M: 40000 (10 minutes), Vinst: 0.7, RatioPhot: 20%, 4 télescopes SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

11. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS Prototype de laboratoire • Recombinateur 3 voies • Mode franges dispersées • Avec voies photométriques • Pupille non redondante • Filtrage spatial • par fibres optiques monomodes à maintien de polarisation • Bande spectrale accessible • de 550nm à 850nm • avec une résolution spectrale de 500 SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

12. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS • Test de la caméra OCAM au foyer de l’instrument CHARA/VEGA • 4 demi nuits d’observation en Novembre 2012 (2 nuits exploitables) • Installation et observation réalisées par S.Lagarde, P.Feautrier et P.Balard • 10 étoiles observées : • - Magnitude de mV=0 à mV=5.5 • Mode 2T (S1S2) et 3T (E1E2W2) • Moyenne résolution spectrale (R=5000) autour de Ha et à 800nm • Temps de pose testés : 1ms – 2ms -5ms – 10ms – 20ms - 40ms • Franges détectées sur toutes les étoiles dans toutes les configurations SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

13. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS Influence du temps de pose sur la Visibilité Instrumentale • Vers des temps de pose < 5ms • Réduction de l’effet du jitter d’OPD • atmosphérique et instrumental (vibrations) SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

14. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS Observation de la raie Ha de g Cas Phases et Visibilités différentielles Disque en rotation képlérienne SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

15. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Projets en cours: VEGAS Bilan de la campagne OCAM/VEGA/CHARA • Premier test réussi d’une OCAM dans un contexte interférométrique visible • même si : • mode de fonctionnement de VEGA pas bien adapté à l’OCAM • Nombre de pixels insuffisants pour imager tous les speckles • Franges détectées en 3T jusqu’à magnitude 5.5 • avec un r0~5cm • Travailler sur la cosmétique du détecteur: • Obtenir une correction propre du BIAS et du FLAT • Caractériser les structures spatiales et leurs évolutions temporelles • En collaboration avec l’IPAG et le LAM • Traitements V2 et Différentiel fonctionnent correctement • Mode comptage de photon possible car RON<<1 • ✗ Prochaines étapes: • Estimation des clôtures de phase • Nouvelle campagne : caractérisation du jitter d’OPD (atmosphère+CHARA) ?? SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013

16. Perspectives instrumentales en interférométrie visible Conclusions et Perspectives • Challenges pour l’instrumentation focale visible • S’adapter au fonctionnement avec OA sur des télescopes de 1-2m • Axes de R&D à développer : • Optique intégrée • Détecteur rapide bas bruit (RON<<1e-) de taille 512x512 au moins • Définir les caractéristiques (Résolution spectrale, Polarisation, …) instrumentales en fonction des science cases • Premier atelier organisé en Février 2013 à l’OCA • Document bilan en cours de rédaction • Perspectives sur CHARA • S’appuyer sur le succès de VEGA • Projet VEGAS présenté au dernier CHARA Meeting • Concurrence forte (Projet VISION, Evolution de PAVO) • Utiliser le prototype VEGAS comme démonstrateur 2014-2015 ? • Perspectives sur VLTI • Ouvrir une nouvelle bande spectrale • 3ième génération après MATISSE et GRAVITY ?? • Instrument visiteur (type PIONIER) ?? • Réseau des ATs bien adapté pour l’imagerie visible SF2A, Atelier Prospectives en Interférométrie Optique, 2013