Transcript Exposes courts - Artémis - Observatoire de la Côte d`Azur

JTL
2011
JTL
2011
Exposé court,
Joselin Villanueva
Journées de la Télémétrie laser: 20 – 21 octobre 2011
Besoins en télémétrie laser
pour les non-voyants
Laboratoire Aimé Cotton
René Farcy
Joselin Villanueva
Appareils en service auprès des
non-voyants: Détecteur d’obstacles
Détecteur d’obstacles
Proximètre infrarouge
Portée: 0-6m
Immunité au soleil
(>80klux)
Largeur de
protection : 50 et
75cm
Le Minitact
Télémètre laser
Le Tom Pouce II
Portée: 0-10m
Immunité au soleil (>80klux)
Largeur de protection : 75cm
Protection des appareils
Besoins futurs
• Portée jusqu’à 20m y compris en lumière diurne
de 100klux
• Zone de protection latérale paramétrable
• Résolution en distance meilleure que 3 cm pour
les distances inférieure à 4m
Solutions ? : - Camera à temps de vol ?
-Caméra Cmos et éclairage structuré
?
JTL
2011
Exposé court,
Hugues de Chatellus
Journées de Télémétrie Laser, OCA, 20-21 octobre 2011
Lasers FSF et télémétrie ?
Hugues Guillet de Chatellus
OPTIMA, Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy)
Collaborateurs : Eric Lacot, Olivier Hugon, Olivier Jacquin, (Jean-Paul Pique)
Les lasers FSF
FSF: Frequency Shifted Feedback Mise en évidence du chirp par Modèle (intuitif !) du
(ou laser à décalage de fréquence
interférométrie (homodyne) peigne de fréquences
intracavité)
chirpé
fréquence
LSM
Spectre RF
Modulateur acousto-optique (fAOM)
L
FSR
1/(2*fAOM)
Sur un aller-retour (t
=1/FSR ),
la fréquence du photon
augmente de 2*fAOM.
Chirp intrinsèque du champ
laser : 2*fAOM * FSR.
temps
Application en télémétrie :
•
Résolution = largeur du
battement RF =longueur
de cohérence du laser
•
Portée : liée à la
stabilité du peigne de
Battement hétérodyne de lasers
FSF
A condition d’asservir les cavités
(FSR) et les AOMs (fAOM), possiblité
de positionnement « one-way ».
FSF 1
Pump
laser
w
FSF 2
FSF 2
Battements entre peignes de fréquences chirpés : Conséquences :
S.A
FSF 1
Reference station
Spectrum
analyzer
RF(MHz)
Observation
de battements
fluctuants
(cavités non
asservies)
80
0
1
2
3
4
5
Time (ms)
Remote station
La « phase » du peigne de fréquences
ne dépend que de l’onde RF de l’AOM et
pas du champ laser.
Dans le cadre de télémétrie
impulsionnelle, la phase est conservée de
pulse à pulse.
FSF pulsé
0
D
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2011
Exposé court,
Thomas Badr
Absolute refractometry
using helium
M. Kamèche, T. Badr, J.P. Wallerand, P. Juncar
Laboratoire Commun de Métrologie LNE - CNAM
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The Joint Research Project
o European project : « Absolute Long Distance Measurement in Air »
1st April 2008 -> 31 May 2011
Coordination: J-P Wallerand, CNAM, France
9 partners:
o
Target:
realise an absolute optical refractometer with accuracy better than 10-8
o
Motivation:
validate new techniques for the measurement of an integrated air index
improve Edlèn formulas ?
1. INTRODUCTION: refractometry
o
Principle of a Fabry-Perot-based optical refractometer:
The frequency  of a resonance depends on the refraction index.
•
•
Reference conditions (vacuum):
both index and
resonance frequency are known.
Ambient conditions:
measurement of the
resonance frequency ’
 calculate namb
resonance
Air (/ He) / vacuum
YAG / I2
YAG
servo
Frequency measurement system.
But: between reference and ambient conditions : mechanical distorsion
Distortion limits the accuracy of the method to several 10-8
o
Idea:
Measure the distorsion with a gas of known index: helium.
1. INTRODUCTION: helium index
o helium: one can calculate nHe (, p, T) with a theoretical uncertainty of 9.10-11.
o Measured air index:
C(p, T)
C(p, T)
AR, kB ...
3.210-10 . p(He)
1.110-7 . T (He)
810-11
c ( p ,  T   f (n he , he ,... 
Uncertainty budget for the measurement of nair
For n (air) < 10-8:
p (He) < 10 Pa
T (He) < 10 mK
o How to use helium ?
Two possibilities:
 Reference state = vacuum
Use helium to measure the distortion of the resonator as a function of pressure
 accurate determination of the correction term.
OR
 Reference state = helium
Use helium as the reference state
 the correction term is almost negligible.
In both cases, the distortion of the cavity may be discriminated from the contribution of the
air refractive index.
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1. INTRODUCTION: helium index
o helium: one can calculate nHe (, p, T) with a theoretical uncertainty of 9.10-11.
4 mK
0-1 =95,000
f(P)105,000
-6.200E-12
-6.250E-12
-6.300E-12
n amb  n ref 
 ref   k    0
 amb
AR: molar refractivity
of N2
4.4720E-06
 (1     T     p     t 
Resonator (F240)
4.4710E-06
4.4700E-06
4.4690E-06
40,000 90,000 140,000
Pressure (Pa)
T°-stabilized chamber:
Dural cylinder + protected ends
Vacuum chamber
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Exposé court,
Michel Lintz
T2M: télémétrie "laser"
par modulation d'amplitude
Alain Brillet
Clément Courde
Michel Lintz
ARTEMIS
Obs. de la Côte d'Azur
Quel principe de base?
générique:
modulation d'un faisceau laser, + détection
=c/F ("long. d'onde synthétique")
modulateur
Lréf
Lmesure
!!
haute
fréquence F
accordable
différence de phase
Φ
offsets
dérives,
erreurs cycliques
- accorder F pour obtenir Φ= 0 et mesurer F
- Alors Lmes -Lref = K = K c/F (K entier)
OK longues distances (exactitude mesures de fréquence)
symétrie référence <=> mesure
mise en oeuvre "T2M"
grâce à un aiguillage rapide
modulateur
Lmesure
Lréf
haute
fréquence F
1
2
différence
de phase
Φ
Φoptiq = 0
même erreur de phase
dans les 2 signes
de l'aiguillage
=> la comparaison
élimine offsets, dérives
et erreurs cycliques
La mauvaise extinction est-elle
source de systematiques?
T2M: bruits et
systématiques
ref
l
[S]
avec une source laser bi-mode, la
diaphonie de polarisation est source
d'un systematique connu en télémetrie...
tS
P
[P]
L
meas
S
tS
PBS
... mais T2M travaille à
erreur
de phase
Φoptiq = 0
=> pas de systématique
sur la phase pour le T2M!
phase  w L
Laser?
Source incohérente
Thèse
Clément COURDE
[ tel-00586258 ]
Stabilité de la mesure:
comparaison
lasers / source incohérente
Application au
positionnement
des miroirs des
interféromètres
astronomiques
(cf exposé J. Dejonghe)
source
7nm
incohérente
élimine les interférences!
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2011
Exposé court,
Grégoire Martinot-Lagarde
Optimisation du laser de la station MéO
Grégoire Martinot-Lagarde (OCA = Observatoire de la Côte d’Azur)
MéO jouit du télescope de 1,5 m d’ouverture du site de Calern (alt. = 1300 m)
MéO (Métrologie Optique) = station de télémétrie laser fixe
Precision de
evolution
Evolution
la précision
CERGA 1995-2000
3,1
3,8
CERGA 1987-1991
5,1
la Lune
à 350 000 km
Station
McDonald 1995-2000
3,4
(2756)
(2038)
(1569)
Stella
 = 20 cm
à 800 km
(1622)
4,3
(581)
5,6
(230)
McDonald 1987-1991
Haleakala 1987-1990
7,9
(455)
CERGA 1984-1986
19,6
(1166)
McDonald 1980-1985
29,5
(992)
27,3
(1030)
McDonald 1972-1975
43
0
5
10
15
20
25
rms (cm)
Impulsions laser Nd-Yag
de 300 mJ (à 532 nm)
et de FWHM ~ 300 ps
 précision chronométrique
du point normal ~ 200 ps
(200 ps  3 cm < Terre_Lune /1010 )
30
35
40
(1487)
45
(from J. Chapront
)
50
Impulsions
Nd-Yag
doublées
de 40 mJ
et de 40 ps
 précision
millimétrique
envisageable
Laser Méo en 2007 (sur sa table de 2,4 m x 1,4 m)
300 picoseconds oscillator + Afocal + semi-train pulse picker
*
*
*
*
Tilted lenses
Amplifier
Commutation zone
Detection zone = Protected detector
( pulse /1010 ) + Optical filter
échelle ~ 1/10
Optical tracking
of the target
ILRS Fall 2007 AWG Meeting, Grasse, France, 25-28 Sept.
Solution laser hybride désirée :
Impulsion verte > 100 mJ,
FWHM < 100 ps.
Alternative =
= compromis entre le laser de type Lune (300 mJ et 300 ps)
et le laser adapté aux satellites artificiels (40 mJ et 40 ps)
augmenter la
cadence des tirs
(10 Hz => kHz ?)
Absorbant saturable Cr4+:YAG installé en 2007 pour la station : NASA SLR Moblas-7
=> Energie / Impulsion « correcte » (~ Moblas-8 délivrant 100 mJ) et FWHM = 150 ps
T. Oldham, H. Donovan et al 16th International Workshop on Laser Ranging
JTL
2011
Exposé court,
Etienne Samain
Temps (s)