2. Montage

Le montage de démonstration de l'interférométrie cophasée est un double Mach-Zehnder (cf. Fig. 2.1) où l'interféromètre externe simule l'interféromètre de référence (qui mesure les écarts de phase entre les télescopes) et où l'interféromètre interne rempli la fonction de l'interféromètre dédié à l'analyse scientifique.

La mise au point d'un double Mach-Zehnder en lumière blanche (longueur de cohérence de 2 µm environ), sur des faisceaux séparés physiquement (base interférométrique) et avec des trous sources microscopiques (² à la tache d'Airy des optiques d'entrée, i.e. de quelques microns seulement) était un enjeu colossal tant par les faibles niveaux de flux mis en jeu (notre source n'est pas encore le soleil ni un simulateur solaire) que par la précision requise sur les réglages. De plus, pour être représentatives, les mesures devaient aussi se faire à faibles contrastes et donc avec un moyen de mesure du contraste qui soit stable et reproductible.

Fig. 2.1 - Montage actuel en double Mach-Zehnder utilisé dans les tests (montage avec un seul faisceau source, simple ou double). La 'Corrective Delay Line' (CDL) est composée d'un rétroréflecteur et est motorisée par un moteur pas-à-pas de Micro-controle (0.1 µm) piloté par notre programme d'acquisition et de stabilisation des franges (applicatif spécifique sous Windows). Elle est également montée sur un piézo-électrique (course de 15 µm ; sensibilité de quelques Å) pour l'asservissement fin de la phase. Les lignes à retards de modulation et de défauts sont également des rétroréflecteurs montés sur des piézoélectriques (les mêmes que pour la CDL). L'alignement (le pointage) des faisceaux est uniquement manuel ce qui rend délicat l'obtention de la teinte plate.

Le montage réalisé (Fig. 2.1) a toutes ces caractéristiques et, pour des bases nulles, le contraste mesuré atteint 100% (en fait 94% en teinte plate à cause de l'astigmatisme - écarts d'épaisseur - des 5 séparatrices du montage). Dans le montage, la source étendue est matérialisée par un point source de 1 mm au foyer d'un objectif où deux ouvertures, en plan pupille, simulent les télescopes d'entrée. Cette source est ensuite focalisée sur le trou source de faible diamètre matérialisant ainsi la sélection de champ opérée par l'interféromètre de référence (cf. Fig. 2.2). En pratique, deux télescopes de 7 mm distants de 3,5 mm sont ainsi simulés (et la source de 1 mm représente près de 6000", soit environ trois fois le diamètre solaire). Dans le plan focal de l'objectif (2 doublets de Ø45, le doublet de sortie ayant une focale de 140), des trous sources de 5, 10, 12.5, 15, 20 et 25 µm simulent des sources étendues de l'ordre de la résolution maximum (l/D 23.6" = 16 µm). Cela correspond respectivement (ramené au cas des simulations avec télescopes de 20 cm et une base interférométrique de 30 cm du Chapitre 1) à des sources de :

5 µm	0.26"
10 µm	0.52"
12.5 µm	0.64"
15 µm	0.77"
20 µm	1.03"
25 µm	1.29"
30 µm	1.55"
50 µm	2.58"

Avec 5 µm (et les diaphragmes en pupille) le flux est faible pour les mesures en laboratoire mais, en fait, il s'agit surtout d'un problème d'alignement car le faisceau n'est plus visible pour l'oeil mais seulement focalisé sur un CCD. Les diodes du cryostat voient très bien le faisceau (le gain des amplificateurs est de 160 108 V/A) mais il est cependant difficile de dire si l'alignement est correct, en teinte plate, car nous ne disposons pas, pour l'instant, de réglages fins - non manuels - sur le pointage. Aux autres diamètres le flux disponible rend les réglages manuels plus fiables.

La mesure du degré de cohérence se fait par balayage de la ligne à retard une fois l'alignement effectué (ce dernier, pour la teinte plate, est précis à mieux que la seconde d'arc) à l'aide de Micro-controle équipés de butées différentielles sensibles au 0.1 µm. Le montage de la source a aussi nécessité plusieurs améliorations afin de manipuler facilement des trous microscopiques et des optiques de reprise à courtes focales (f = 40 afin de n'introduire dans l'interféromètre qu'un faisceau de diamètre maximum 5 mm, i.e. deux petits faisceaux de Ø2 mm séparés par 1 mm).

Afin de simplifier les problèmes d'alignements, les deux faisceaux sont introduits dans l'interféromètre en utilisant la même séparatrice d'entrée que pour le montage à source unique (cf. Fig. 2.3). L'écart entre les faisceaux (3 mm, c'est à dire l'interbase) est directement rattrapé sur les lignes à retards. Ce montage permet de garder équilibrées les traversées de verre des séparatrices minces (épaisseur 1.5 mm) et d'éviter ainsi des aberrations chromatiques et retards de phase différentiels (de manière équivalente la solution la plus élégante serait de mettre une lame simple de même épaisseur que les séparatrices dans le faisceau "2" uniquement).

La Fig. 2.4 montre une photographie d'ensemble de l'interféromètre et de la partie source. Le montage possède - en plus de la source "naturelle" (la lumière blanche) - un laser pour les pré-alignements et une diode laser pour le pré-réglage en teinte plate et la pré-localisation de la différence de marche nulle (la diode laser a une longueur de cohérence courte de 20 µm environ) avant utilisation de l'interféromètre avec la source en lumière blanche (cohérence Å 2 µm). La Fig. 2.5 présente le détail de l'interféromètre interne et des lignes-à-retards.

Fig. 2.2 - Montage source permettant de simuler un interféromètre et des sources de diamètre plus ou moins important.

Fig. 2.3 - Les deux faisceaux simulant l'interféromètre sont introduits dans l'interféromètre de contrôle en utilisant la même séparatrice S1 que dans le montage à source unique.

Fig. 2.4 - Photographie du double interféromètre de Mach-Zehnder. Noter le grand cryostat (Cryo-1, en haut à droite) qui abrite les diodes de l'interféromètre de référence (interféromètre externe) et le petit cryostat (Cryo-2, au milieu à droite) qui abrite la diode de contrôle du flux (interféromètre central "d'analyse"). A gauche, sont disposés les trois systèmes sources : lumière blanche (B), diode laser (D) et laser He-Ne (L). Au centre on peut voir la ligne-à-retard générale (DL) et la ligne-à-retard de modulation (MDL).

Fig. 2.5 -Vue de détail de l'interféromètre interne. Notez la ligne à retard principale (au centre) qui comprend un rétroréflecteur (à miroirs) monté sur un piézoélectrique (course 15 µm) et une platine Micro-controle de course 20 mm (moteur pas-à-pas ; précision 0.1 µm). Derrière la ligne-à-retard principale, en haut, on peut voir la ligne à retard de modulation (rétroréflecteur - coin de cube en silice - monté sur un piézoélectrique également).