Dissertations / Theses: 'Adaptative optics'

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Saab, Kassem. "Optique adaptative pour les télécommunications optiques." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEO016/document.

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Abstract:

Les télécommunications optiques en espace libre sont capables d'autoriser des débits de plusieurs dizaines de gigabits par seconde. Pour traiter ces débits en bénéficiant des techniques développées dans le cadre de l'optique fibrée, il est souhaitable d'injecter le faisceau reçu dans une fibre monomode. Ainsi, l'optique adaptative est proposée pour limiter les pertes d'injection induites par la dégradation de la qualité du faisceau propagé à travers la turbulence atmosphérique.Dans ce travail nous considérons un lien entre un satellite et une station de réception au sol. En élévation haute lorsque les perturbations d'amplitude peuvent être moyennées en augmentant la taille de la pupille la correction de la phase par optique adaptative (OA) classique peut être suffisante. Mes travaux dans ce cadre portent sur la mise en œuvre expérimentale de l'optimisation du couplage entre un système d'OA classique et une fibre monomode, en corrigeant les aberrations différentielles entre la voie de mesure de la surface d'onde et la voie d'injection du signal corrigé par OA. Le travail accompli dans l'objectif de cette mise en œuvre, se résume par les tâches suivantes : Définition d'une méthode d'optimisation automatique de l'injection par contrôle d'un seul miroir déformable pour la correction conjointe des perturbations rapides de la phase et des aberrations différentielles quasi-statiques ; Étude numérique de l'implantation de la méthode définie par simulation end-to-end ; Mise en œuvre de la méthode en laboratoire sur le banc BOA en modélisant la turbulence atmosphérique par des écrans de phase en rotation et validation du fonctionnement de l'optimisation de l'injection en boucle fermée ; Application de la méthode sur le banc ODISSEE à l'OCA puis fermeture de la boucle sur un signal optique émis par le satellite japonais SOCRATE.Par ailleurs, le lien satellite doit être opérationnel sur une durée maximale. Pour cela, le système doit fonctionner même dans le cas où le satellite est bas sur l'horizon et donc lorsque la portion d'atmosphère traversée par le faisceau est épaisse. Dans ces conditions particulières, les perturbations induites par les fluctuations de l'indice de l'air sont plus fortes que pour l'observation astronomique, donc la correction simultanée de la phase et de l'amplitude est indispensable pour atteindre le taux d'injection désiré (> 50 %). La deuxième partie de la thèse se place dans ce cadre et est consacrée à l'étude de l'implantation expérimentale d'une approche innovante de la correction de la phase et de l'amplitude fondée sur l'utilisation d'un Mach-Zehnder en optique intégrée. Le travail réalisé dans cette partie comporte les points suivants : Élaboration du principe de la correction par un Mach-Zehnder et proposition d'un dispositif généralisé à N voies ; Étude analytique de la correction par le dispositif proposé ; Développement d'un algorithme de contrôle fondé sur l'architecture proposée en optique intégrée ;• Validation numérique du fonctionnement par simulation end-to-end ; Conception d'un prototype pour la validation expérimentale du concept
Free space optical communications are able to allow rates of several tens of gigabits/s. In order to process these flows and benefit from the techniques developed in the context of fiber optics, it is desirable to inject the received beam into a single mode fiber. In this case, adaptive optics is proposed to limit the injection losses induced by the degradation of the beam quality caused by the atmospheric turbulence.In this thesis, we consider a link between a satellite and a ground receiving station.For high elevations when amplitude perturbations can be averaged by increasing the size of the pupil and the correction of the phase is sufficient by conventional adaptive optics (AO), this work deals with the experimental implementation of the coupling optimization between a conventional AO and a single mode fiber, by correcting the non common path aberrations between the measurement path of the wave front and the injection path of the corrected signal. The accomplished work in this context is summarized by the following tasks: definition of an automatic injection optimization method by controlling a single deformable mirror for the parallel correction of fast phase disturbance and quasi-static differential aberrations; numerical study of the implementation of the proposed method defined end-to-end simulations ; implementation of the method in the laboratory on the BOA bench, modeling the atmospheric turbulence by rotating phase screens, and validation of the injection optimization in closed loop ; application of the method on the ODISSEE bench at the OCA and closing of the loop on a laser signal emitted by the Japanese satellite SOCRATE.Besides, the link must be operational for a maximum duration. Indeed, the system must operate even when the satellite is low on the horizon and, therefore, when the crossed portion of atmosphere is thick. In these particular conditions, the disturbances induced by the air index fluctuations are stronger than for astronomical observations, so that, the simultaneous correction of the phase and the amplitude is essential to reach the desired injection ratio (> 50 %). Based on this analysis, the second part of this thesis focuses on the study of the experimental implementation of an innovative approach of a phase and amplitude correction based on using an integrated Mach-Zehnder. The work done in this part consists in the following points : elaboration of correction principle by a Mach-Zehnder and proposition of a generalized device with N channels ; theoretical analysis of the superposition by the proposed device ; development of a control algorithm based on the architecture proposed in integrated optics ; numerical validation of operation by end-to-end simulations ; design of the prototype for the experimental validation of the concept in the laboratory

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Blary, Flavien. "Caractérisation et modélisation de la turbulence optique en espace confiné." Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4131/document.

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Abstract:

La turbulence optique et son impact sur les images obtenues à partir d'instruments de mesure est un phénomène connu dans le domaine de l'astronomie. Des modèles issus de la théorie de Kolmogorov, développée pour une turbulence dynamique, ainsi que des méthodes de correction, telles que l'optique adaptative, existent pour l'analyse et la compensation des effets de cette turbulence optique. L'analyse de cette dernière dans les milieux confinés est cependant plus limitée. Les sources susceptibles de générer une turbulence optique dans ces espaces sont pourtant multiples et peuvent avoir un impact non négligeable sur les mesures des instruments installés à proximité. Ce mémoire constitue une première approche de la caractérisation de la turbulence optique dans un espace confiné. Après l'introduction des phénomènes étudiés et des outils mathématiques employés, ce mémoire présente les résultats issus d'analyses de coupoles de télescopes et de caractérisations de salles blanches employées par l'entreprise Thales Alenia Space pour l'intégration et le test d'instruments optiques. Ces résultats sont obtenus avec l'instrument INTENSE, développé durant la thèse pour la caractérisation de la turbulence optique locale via la mesure des fluctuations des angles d'arrivée de multiples faisceaux lasers. En prévision de futurs améliorations de l'analyse de la turbulence en espace confiné, un chapitre du mémoire est dédié aux travaux réalisés sur une méthode d'extraction du profil de l'énergie de la turbulence et à son application sur l'instrument INTENSE. Les conclusions et les perspectives des travaux réalisés pendant la thèse sont présentées à la fin du mémoire
Optical turbulence and its impact on measured images is a well-known phenomenon in astronomy. Models based on the Kolmogorov theory, elaborated for a dynamical turbulence description, and methods, such as Adaptive Optics, were both developed so as to understand and correct the degradations caused by this turbulence. Analysis of the same phenomenon in indoor situation was however less investigated. The local air volume is nonetheless prone to optical perturbations sources which could have non negligible impacts on the measurements of instruments installed at proximity. This document introduces a first approach of indoor optical turbulence characterization. After the introduction of the studied phenomenon and the mathematical tools employed, this thesis present optical turbulence characterizations inside Thales Alenia Space clean rooms used for optical instrument integration and testing. Analyses inside telescope domes are also shown in this document. All the results were obtained using the INTENSE instrument which was developed during the thesis for optical turbulence characterizations using angle of arrival fluctuations of laser beams. In anticipation for future ameliorations of optical turbulence analysis methods, a chapter of this thesis is dedicated to the work made on a turbulence energy profile extraction and its application on the INTENSE instrument. Conclusions and perspectives of the work made during this thesis are presented at the end of the document

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Gallagher, Joseph. "Adaptive optics for fluorescence correlation spectroscopy." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY054/document.

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Abstract:

Ce projet de recherche conjugue deux aspects complémentaires : le développement d’un montage de microscopie intégrant un système d'Optique Adaptative (OA) et l’étude de masses cancéreuses (Sphéroïdes Multicellulaires) sous pression mécanique.Ces deux axes seront mutuellement bénéfiques puisque l’implémentation de l’OA rendra possible l’imagerie et les mesures physiques au sein des sphéroïdes ; d’un autre côté, l’étude des sphéroïdes permettra de caractériser les aberrations induites par ce type d’échantillons et de mieux comprendre les exigences sur le système d’OA qu’imposent l’observation de ces échantillons ainsi que les limites de la microscopie optique dans les tissus biologiques
This research project combines two complementary aspects: the development of an assembly incorporating an Adaptive Optics microscope system and the study of cancerous masses (multicellular spheroids) under mechanical pressure.These two axes are mutually beneficial since the implementation of the adaptive optics will enable imaging and physical measurements in spheroids; On the other hand, the study of spheroids will characterize the aberrations induced by this type of samples and understand the requirements of the adaptive optics system imposed by the observation of these samples as well as the limits of optical microscopy in biological tissues

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Bierent, Rudolph. "Optique adaptative appliquée aux télécommunications laser en espace libre." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4356/document.

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Abstract:

Les télécommunications laser en espace libre sont limitées en portée par la turbulence atmosphérique. L'optique adaptative, par la correction de la phase turbulente à l'émission du faisceau, a permis d'étendre leur domaine d'exploitation.Toutefois, sur de longues distances de propagation, cette correction n'est plus suffisante et il faut également précompenser l'amplitude du faisceau émis. De premières études numériques ont montré que le principe de retournement temporel, ou plus exactement de conjugaison de phase bidirectionnelle itérative, conduirait à des conditions satisfaisantes de focalisation du faisceau laser en fort régime de turbulence.Le principe de conjugaison de phase n'ayant été étudié que théoriquement jusque-là, mon travail de thèse s'est attaché à mettre en oeuvre un démonstrateur expérimental pour quantifier les performances de cette technique dans des conditions maîtrisées. En parallèle, une simulation de bout en bout de l'expérience a permis d'évaluer l'influence d'erreurs d'étalonnage sur les performances finales de la correction et de valider les résultats expérimentaux obtenus. Les points durs de la mise en oeuvre d'un système de télécommunications laser en espace libre ont ainsi été identifiés.L'ensemble de ces travaux constitue la toute première démonstration expérimentale du principe de retournement temporel optique. D'autres domaines d'application comme les lasers de puissance ou la propagation à travers des milieux biologiques très diffusants, nécessitant également de corriger le faisceau à l'émission, sont concernés
Free Space Optical communications (FSO) are range limited due to atmospheric turbulence. Adaptive optics can mitigate turbulence effects by adding a phase modulation on the emitted laser beam. However, both phase and amplitude modulation are needed to perform long range FSO. Previous numerical studies have shown that iterative phase conjugation is an efficient modulation technique for lasercom systems.This PhD thesis is dedicated to the development and the realization of the first experimental demonstration of the iterative phase conjugation principle in a controlled turbulence environment. An optical bench, representative of a long range propagation through strong turbulence, has been scaled down to few-meters propagation in visible.Several methods for complex field measurement and modulation are numerically studied. Selected methods are implemented and tested, such as a novel focal plane technique for complex field measurement. Finally, iterative phase conjugation is performed and results cross-correlated with an end-to-end model representative of the optical bench.This work is the first experimental demonstration of the optical phase conjugation principle. Applications can be found in other fields than lasercoms, such as high power lasers or propagation through highly diffusing biological tissues, both in need of laser emission modulation

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Jarosz, Jessica. "Vers la conception d'un système d'optique adaptative pour la photocoagulation laser de la rétine." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066649/document.

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Abstract:

L’impact laser obtenu avec les systèmes actuels de photocoagulation laser de la rétine n’est pas maitrisé. L’enjeu est d'obtenir un confinement 3D de l'impact laser, c’est-à-dire de contrôler son positionnement et son extension, pour éviter de porter atteinte aux couches saines de la rétine. Un tel confinement pourrait être réalisé si l’on disposait d’un système laser plus ouvert et d’un dispositif permettant de corriger en temps réel les aberrations de l'œil. L’optique adaptative permet une telle correction ; cette technique est utilisée depuis une vingtaine d’années dans le domaine du diagnostic (imagerie). Cependant, sa mise en œuvre pour des applications thérapeutiques, telles que la photocoagulation laser, nécessite encore d’en améliorer la robustesse : alors qu’en imagerie il suffit de reprendre une image si la précédente est mauvaise, le confinement de l’impact laser doit être assuré en permanence durant toute la procédure chirurgicale. Le but de la thèse est de guider le développement ultérieur d’un système d’optique adaptative médical visant à assister un système de photocoagulation laser de la rétine. Le dimensionnement d’un tel système doit s’appuyer sur une solide connaissance des aberrations oculaires. Ainsi, une étude hautement résolue temporellement et spatialement des aberrations dynamiques de l’œil de grande ampleur a été réalisée et de cette étude, des conclusions sur le dimensionnement d’un système d’optique adaptative pour l’œil ont été tirées. Par ailleurs, un banc de test d’optique adaptative haute cadence a été conçu et intégré pour se confronter aux problèmes pratiques que pose la mise en place d’un système d’optique adaptative pour l’œil
The laser lesion delivered by current retinal photocoagulation laser systems is not well controlled. The issue is to get a better confinement of the laser lesion that is to control the size of the laser lesion as well as the laser lesion positioning in the retina, in order to prevent any retinal damage. Such a confinement could be reached if the laser system featured a higher numerical aperture and was associated with a real-time correction of the aberrations of the eye. Adaptive optics gives access to such a correction; this technique has been used for the past twenty years for diagnosis (retinal imaging). However, further work is still to be achieved to improve the robustness of current adaptive optics systems before implementing adaptive optics in therapeutic systems, in particular in retinal laser photocoagulation systems. Indeed, unlike imaging where the acquisition can be repeated as many times as necessary, the confinement of the laser lesion must be maintained over time during the whole laser treatment. In this thesis, we provide guidance for the future design of an adaptive optics system for retinal photocoagulation. Such a design has to rely on a thorough knowledge of the ocular aberrations to correct. Thus, a highly temporally as well as spatially resolved aberrometry study on a large population was performed and conclusions on the design of an adaptive optics system for the eye were drawn from this study. Besides, a test bench was designed and set up to face the practical problems coming with the implementation of an adaptive optics system for the eye

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Héritier-Salama, Cédric Taïssir. "Innovative calibration strategies for large adaptive telescopes with pyramid wave-front sensors." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0371.

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Abstract:

Le développement des futurs télescopes géants (ELT) va révolutionner l’observation depuis le sol avec des diamètres allant jusqu’à 39 m. Pour exploiter pleinement leur potentiel scientifique, il sera nécessaire de les équiper de systèmes d’optique adaptative (OA) qui nécessiteront des étalonnages précis avant et pendant les opérations. Le design de ces télescopes et la complexité de l’analyseur pyramide (PWFS) demandent de repenser et d’optimiser ces stratégies d’étalonnages. Nous proposons d’utiliser des modèles pseudo-synthétiques pour générer numériquement les données d’étalonnage, en identifiant les paramètres clés du modèle à partir de données expérimentales. Dans cette thèse, je présente le développement et la validation expérimentale d’un tel modèle pseudo-synthétique pour les systèmes d’OA du large binocular telescope avec PWFS. En complément de ces premiers travaux, j’ai étudié différentes stratégies permettant un suivi des paramètres du modèle durant les opérations
The ground-based observation is at the edge of a breakthrough with the development of the extremely large telescopes. To benefit from the full scientific potential of theses telescopes, the instruments will rely on complex adaptive optics (AO) systems that will require a fine-tuning before and during the operation. The design of the telescopes and the complexity of the pyramid wavefront sensor (PWSF) demands to completely rethink and optimize the AO calibration procedures. We propose to use pseudo synthetic models of the AO system to generate numerically the calibration data, identifying the key-parameters of the model from experimental inputs. In this thesis, I introduce the development and experimental validation of such a pseudo synthetic model for the AO systems of the large binocular telescope with PWFS. Complementary to this first research, I investigated different strategies to provide tracking capabilities of the model parameters during the operations

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Errera, Marie-Hélène. "Etude des mécanismes immunitaires des uvéites idiopathiques par une approche biologique et l'optique adaptative." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066714/document.

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Abstract:

La majorité des modèles d’uvéites expérimentales sont médiées par les sous-types lymphocytaires CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes immunitaires mis en jeu lors d’une uvéite idiopathique (sans étiologie) chez l’humain. La première partie de cette étude est donc consacrée à l’étude du profil biologique de 30 cytokines/chimiokines/ facteurs de croissance intraoculaires (AqH) et sériques obtenues au laboratoire (technologie Luminex®). Ces médiateurs sont dosés dans le sérum et l’AqH de patients atteints d’uvéites intermédiaires et postérieures activesidiopathiques. Ces résultats sont comparés à une cohorte de patients non inflammatoires et à des groupes de patients atteints d’uvéites de diverses étiologies. Nous avons trouvé que le profil des médiateurs diffère nettement en fonction de la cause de l’inflammation intraoculaire. Une réponse pro-inflammatoire large est observée avec des concentrations accrues des cytokines de type Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF et IP-10 dans les uvéites idiopathiques. Les concentrations sériques différent de celles des contrôles par les taux d’IL-17 et IP-10 augmentés. La deuxième partie concerne l’étude des mécanismes immunitaires des uvéites par l’analyse des vascularites en imagerie adaptative (FIOA) et particulièrement l’observation anatomique des modifications liées aux inflammations oculaires. Nous ne trouvons pas de corrélation entre l’aspect de cellularité périvasculaire en FIOA et les cytokines retrouvées dans l’AqH des yeux avec uvéite. Pouvoir déterminer quels médiateurs de l’inflammation interviennent dans les pathologies inflammatoires permettrait de les cibler avec des thérapies adaptées
Most of experimental models of uveitis are mediated by lymphocytic subtypes CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. The aim of this thesis is to study the immune mechanisms in idiopathic uveitis (i.e. unknown etiology) in humans. First, we will determine the biological spectrum of 30 cytokines/ chemokines/ growth factors in aqueous humour and sera by Luminex® technology. Those mediators will be measured in the serum and aqueous humour of patients with active intermediate and posterior uveitis classified as idiopathic. Those results will be compared to a cohort of patients with no inflammation and to patients with uveitis of various causes. We found that the profile of mediators changes regarding to the cause of the intraocular inflammation. The proinflammatory process is related to increased levels of cytokines Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF and IP-10 idiopathic uveitis. The sera of the patients with idiopathic uveitis have increased levels IL-17 and IP-10. Secondly, the immune mechanisms of uveitis were studied by adaptive optics imaging (FIOA) and particularly the observation of anatomic changes related to ocular inflammations. We ruled out any correlation betweeen the perivascular cellular opacification in FIOA and the cytokines/ chemokines found in the eyes with uveitis. An understanding of the profile of mediators in inflammation and their determination could help to target idiopathic uveitis with correct therapies

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Vargas, Martín Fernando. "Óptica adaptativa en oftalmoscopia: corrección de las aberraciones del ojo mediante un modulador espacial de cristal." Doctoral thesis, Universidad de Murcia, 1999. http://hdl.handle.net/10803/10846.

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Abstract:

Las aberraciones ópticas determinan la formación de imágenes en el ojo, tanto en el proceso de la visión como en las observaciones oftalmoscópicas del fondo de ojo. La corrección total de estas aberraciones permitiría una resolución limitada sólo por la difracción en las pupilas utilizadas. Las aberraciones del ojo difieren de un sujeto a otro y no responden a modelos sencillos. En este trabajo se propone el uso de técnicas de Óptica Adaptativa para el desarrollo de un sistema experimental para la medida y corrección de las aberraciones estáticas del ojo. Estas técnicas pueden ser igualmente útiles para obtener imágenes de alta resolución de la retina, utilizarse en el diseño de lentes oftálmicas, etc. Para la medida de la función aberración de onda, se han utilizado dos métodos no invasivos aplicables al ojo humano: La Recuperación de Fase a partir de dos imágenes de Doble Paso, y el Sensor de Hartmann-Shack. Para la corrección de la aberración se ha utilizado un Modulador Espacial de Cristal Líquido.Se han desarrollado los procedimientos de control y de calibrado de estos métodos, y se estudia la viabilidad de aplicación para el ojo. Finalmente, se han realizado medidas de la aberración, mediante ambos métodos, y su posterior corrección mediante el modulador espacial de cristal líquido, en un ojo artificial y en sujetos reales.
The image formation properties of the eye are determined by the aberrations of the optics. The complete correction of the aberrations would allow diffraction-limited resolution. The aberrations of the eye are not easily modeled and are different for each subject.This thesis proposes the use of adaptive optics techniques to measure and correct the static aberrations of the eye. The principles and methods developed are useful in specific applications, i.e., high-resolution retinal imaging, ophthalmic lens design, etc.Two non-invasive methods have been used to measure the wave aberration function: Phase Retrieval Techniques from two double-pass retinal images; and the Hartmann-Shack sensor. A Liquid Crystal Spatial Light Modulator was used to adaptively correct the wave front aberration of the eye.This thesis also includes guidelines to calibrate and control the proposed techniques.Finally, experimental explorations of these methods are reported. Several results are presented, including the measure and the subsequent compensation of the wave aberration for artificial and human eyes.

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Kasprzack, Marie. "Thermally Deformable Mirrors : a new Adaptive Optics scheme for Advanced Gravitational Wave Interferometers." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112252/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse est de développer une nouvelle technique d’optique adaptive pour les interferomètres gravitationels avancés, basée sur un nouveau type de miroir pour le faisceau d’injection de l’interferomètre. Le miroir déformable, basé sur une actuation thermique, doit etre un outil compatible ultra-vide, qui fonctionne sans bruit électronique ou mécanique, bon marché et permettre la correction des modes d’ordre supérieurs afin d’améliorer le matching des faisceaux de haute puissance dans les cavités laser du détecteur sous ultra-vide. Un montage experimental de caractérisation du miroir déformable a été mis en place afin d’effectuer les tests de validation du premier prototype sous air. L’élaboration d’une procédure de caractérisation des propriétés du miroir et d’une boucle de controle a permis de développer une approche efficace pour déterminer les possibilités et les limites du miroir. Nous avons ainsi pu faire la démonstration de sa capacite a corriger les aberrations de phase d’un faisceau laser infrarouge a différentes fréquences spatiales. Nous avons également démontré que le miroir vérifie les performances de stabilité, de reproductibilité et de linearité attendues. Nous avons ensuite validé l’amélioration du mode matching d’un faisceau laser sur une cavité de réference par le miroir thermiquement déformable
In this thesis we develop a new technique of adaptive optics for the Advanced Gravitational Interferometers, based on a new type of deformable mirror for the injection beam of the interferometer. This deformable mirror, based on a thermal actuation, has to be a high vacuum compatible and low-cost device, that is working without any electronic or mechanic noise. It has to allow the correction of high order modes to improve the matching of high power laser beams in the interferometer.An experimental setup has been made to characterize the first prototype on air. An efficient process and a control loop have allowed to determine the possibilities and limits of the device. We have demonstrated its ability to correct high order modes of an infrared laser beam. Afterwards, we have validated the improvement of mode matching into a fixed cavity

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Voyez, Juliette. "Mesures optiques de profils de turbulence atmosphérique pour les futurs systèmes d'optique adaptative." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975076.

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Abstract:

L'optique adaptative classique est limitée par l'anisoplanétisme. Pour remédier à cette limitation, de nouveaux concepts, appelés optiques adaptatives grand champ, ont été développés. Ces systèmes analysent la turbulence atmosphérique dans le volume, ce qui accroît le champ de correction. Ces techniques requièrent une connaissance précise du profil de Cn2. Mon étude consiste à valider sur le ciel une nouvelle technique de mesure du profil de Cn2, appelée CO-SLIDAR, à partir des corrélations des mesures de pentes et de scintillation réalisées avec un analyseur Shack-Hartmann sur étoile binaire. Elle s'organise autour de deux grands axes. On réalise d'abord une simulation bout-en-bout de la reconstruction du profil de Cn2 dans un cas concret d'observation astronomique. On peut ainsi étudier l'impact des différentes sources d'erreur sur la reconstruction du profil de Cn2. Ceci nous permet d'améliorer la procédure d'estimation du profil de Cn2, en prenant en compte les bruits de détection. La deuxième partie de mon étude se consacre à la validation expérimentale. On dimensionne et caractérise en laboratoire un banc d'acquisition, le banc ProMeO. Ceci conduit à une bonne connaissance du fonctionnement du banc et nous permet de corriger certains effets instrumentaux. Le banc ProMeO est finalement couplé au télescope MeO de 1,5 m de diamètre. Les données acquises permettent une reconstruction du profil de Cn2, du sol jusqu'à 17 km, avec une résolution de 600 m. Les profils obtenus par la méthode CO-SLIDAR sont comparés avec succès à des profils issus de données météorologiques. L'ensemble de ces travaux constitue la première validation sur le ciel de la méthode CO-SLIDAR.

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Abelli, Andrea. "Commande pour l'optique adaptative : du cas linéaire au cas non linéaire." Thesis, Nice, 2013. http://www.theses.fr/2013NICE4019.

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Abstract:

Cette thèse étudie les aspects de contrôle d'applications optique adaptative, une technologie utilisée pour améliorer la performance des systèmes optiques en réduisant l'effet des distorsions de front d'onde, à l'imagerie haute résolution angulaire. Le problème Adaptive Optics contrôle est présenté à travers une revue de la littérature. Par conséquent, la conception d'un contrôleur de rétroaction est adressée, d'un point de vue moderne de contrôle, au moyen de la méthode de contrôle Linéaire Quadratique Gaussienne. L'approche proposée met l'accent sur la capacité de la boucle d'optique adaptative de rejeter l'aberration atmosphérique. On dérive un système de représentation diagonale état-espace qui sépare nettement la dynamique de la plante (miroir déformable et le capteur de front d'onde) de la dynamique des perturbations (modèle atmosphérique). Cette représentation facilite la résolution numérique du problème. Une analyse de fréquence est effectuée pour vérifier les spécifications de performance et de robustesse de la multiple-input multiple-système de rétroaction de sortie. De plus, nous analysons les performances et la robustesse de LQG contrôle basé par rapport au témoin intégrante classique, au moyen de bout en bout des simulations et en considérant les différents niveaux de bruit du capteur de front d'onde. Durant le-ciel observations, l'énergie turbulente et la vitesse relative de chaque couche de l'atmosphère peut changer rapidement dégrader l'estimation de front d'onde. Pour cette raison, un algorithme de modèle numérique de conception garantissant une performance satisfaisante rejet de perturbations, même dans le cas de variables dans le temps caractéristique de la turbulence est dérivé. Expériences numériques en utilisant les CAOS du progiciel ont été menées pour démontrer la robustesse de chaque approche proposée. Compte tenu de la conviction auteur que l'avenir de l'optique adaptative repose également sur le développement d'un plus sophistiqués (par exemple, non linéaire) des modèles, une quantité importante de travail a été consacrée à l'étude de deux classes de méthodes de reconnaissance des formes répandues. À savoir Support Vector Machines et méthodes du noyau, dont la régression des capacités sont exploitées dans la solution du problème non linéaire suivi optimal. En ce qui concerne Support Vector Machines, grâce à la théorie du contrôle optimal singulier, les contraintes se relâchent permettant une résolution plus facile et plus rapide numérique du problème d'optimisation. Alors que, dans le cas totalement déterministe du contrôleur Support Vector résulte plus simple à synthétiser. En référence aux méthodes du noyau, une tentative originale de réunir leurs forces de régression avec le concept de contrôle adaptatif inverse est présentée. Le noyau récursif des moindres carrés algorithme est utilisé pour mettre en œuvre un contrôleur adaptatif inverse capable de forcer une dynamique non linéaire appropriés pour suivre une sortie désirée. Cette méthode très peut également être utilisé pour vérifier si une trajectoire donnée arbitraire est une sortie admissible pour le système non linéaire à l'étude. Un tel algorithme innovant pourrait être utilement appliquée dans les travaux futurs, le contrôle de Tip-Tilt miroirs. Finalement, une première esquisse du cadre théorique soutenant l'utilisation du contrôle adaptatif inverse pour la solution du problème de suivi général est donné. Après l'introduction de la formulation mathématique du problème de suivi et les définitions nécessaires mathématiques, des conditions suffisantes et nécessaires (cas linéaire) et des conditions suffisantes (cas non-linéaire) de l'existence de la solution sont dérivés
His thesis investigates the control aspects of Adaptive Optics applications, a technology used to improve the performance of optical systems by reducing the effect of wavefront distortions, to high angular resolution imaging. The Adaptive Optics control problem is presented through a survey of the literature. Consequently, the design of a feedback controller is addressed, from a modern control point of view, by means of the Linear Quadratic Gaussian control methodology. The proposed approach emphasizes the ability of the adaptive optics loop to reject the atmospheric aberration. We derive a diagonal state-space system representation which clearly separates the dynamics of the plant (deformable mirror and wavefront sensor) from the disturbance dynamics (atmospheric model). This representation facilitates the numerical resolution of the problem. A frequency analysis is carried out to check the performance and robustness specifications of the multiple-input multiple-output feedback system. Moreover, we analyze the performance and the robustness of LQG-based control compared to classic integral control, by means of end-to-end simulations and by considering different levels of wavefront sensor noise. During on-sky observations, the turbulent energy and relative speed of each atmospheric layer can change rapidly degrading the wavefront estimate. For this reason, a numerical model design algorithm guaranteeing satisfactory disturbance rejection performance even in the case of time-varying turbulence's characteristic is derived. Numerical experiments using the Software Package CAOS have been conducted to demonstrate the robustness of every proposed approach. Given the author firm belief that the future of Adaptive Optics also relies on the development of more sophisticated (i.e., nonlinear) models, a substantial amount of work was dedicated to the study of two classes of widespread pattern recognition methods. Namely Support Vector Machines and Kernel Methods, whose regression capabilities are exploited in the solution of the nonlinear optimal tracking problem. Concerning Support Vector Machines, thanks to the singular optimal control theory, constraints are loosened permitting an easier and faster numerical resolution of the optimization problem. So that, in the fully deterministic case the Support Vector controller results simpler to synthesize. With reference to Kernel Methods, an original attempt to bring together their regression strengths with the concept of Adaptive Inverse Control is presented. The Kernel Recursive Least-Square algorithm is used to implement an adaptive inverse controller capable of forcing a suitable nonlinear dynamics to follow a desired output. This very method can also be used to check if a given arbitrary trajectory is an admissible output for the nonlinear system under study. Such an innovative algorithm could be fruitfully applied, in future works, to the control of Tip-Tilt mirrors. Eventually, a first sketch of the theoretical framework supporting the use of Adaptive Inverse Control for the solution of the general tracking problem is given. After introducing the mathematical formulation of the tracking problem and the needed mathematical definitions, sufficient and necessary conditions (linear case) and sufficient (nonlinear case) conditions to the existence of the solution are derived

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Canuet, Lucien. "Fiabilisation des transmissions optiques satellite-sol." Thesis, Toulouse, ISAE, 2018. http://www.theses.fr/2018ESAE0005/document.

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Abstract:

Les longueurs d’onde optiques sont une alternative aux liens radio-fréquences pour lestransmissions satellite-sol du futur. Elles sont envisagées pour les futurs systèmes de télémesuresatellitaires (liens optiques descendants en provenance de satellites LEO) ou de communication(liens optiques bi-directionnels avec des satellites GEO). A sa traversée de l’atmosphère l’ondeoptique peut être profondément affectée par la turbulence atmosphérique. Elle subit desvariations spatiales et temporelles d’amplitude et de phase. Les variations d’amplitudesse traduisent par des variations de la puissance lumineuse collectée (scintillations). Lesperturbations de la phase affectent la distribution spatiale de la puissance au foyer du systèmede détection, qui n’est alors plus limitée par la diffraction. Des pertes peuvent en découler lorsdu couplage du flux incident à un détecteur optronique ou à une fibre optique monomode.Ces pertes se traduisent par des atténuations du signal reçu et donc par la perte d’informations.Pour s’en abstraire, les études de faisabilité les plus récentes mettent en avant l’utilisation desystèmes d’optique adaptative et de techniques numériques adaptées (codage/entrelacement).Pour limiter la complexité et le coût des systèmes de liens optiques, la définition des techniquesde compensation des atténuations peut être menée conjointement. C’est l’objectif principalde cette thèse. Il s’agit d’investiguer les complémentarités des techniques de compensationphysiques (optique adaptative) et numériques (entrelacement, codes correcteurs) pour disposerdes éléments permettant de définir les systèmes de correction les mieux adaptés
Optical wavelengths are an alternative to radio-frequency links for future satellite-to-groundtransmissions. They are envisioned in the framework of payload/telemetry data transfer (opticaldownlinks from LEO satellites) or communication (bi-directional optical links with GEOsatellites). However, as it propagates through the atmosphere, the optical wave can be deeplyaffected by atmospheric turbulence which induces randomspatial and temporal variations ofits amplitude and phase. Variations in amplitude translate into fluctuations of the collectedpower (scintillation). The phase distortions affect the spatial distribution of the power at thefocal plane of the telescope causing deleterious losses when the incident flux needs to becoupled to an optoelectronic detector or to a single-mode optical fiber. Such losses result indynamical attenuations of the received signal -called fading- and hence potentially to the lossof information. The most recent feasibility studies highlight the use of two types of fadingmitigation techniques: adaptive optics systems and digital techniques (coding and interleaving).To limit the complexity and cost of such systems, the optimization of these mitigationtechniques should be conducted jointly. The main objective of this thesis is therefore theinvestigation of the complementarity of physical (adaptive optics) and digital data reliabilitymechanisms (interleaving, correcting and erasure codes in a cross-layer approach)

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Gofas, Salas Elena. "Manipulation of the illumination of an Adaptive Optics Flood Illumination Ophthalmoscope for functional imaging of the retina in-vivo High loop rate adaptive optics flood illumination ophthalmoscope with structured illumination capability In vivo near-infrared autofluorescence imaging of retinal pigment epithelial cells with 757 nm excitation." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS195.

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Abstract:

L’œil étant la seule fenêtre optique transparente de notre corps, il donne un accès unique à l’observation de réseaux neuronaux et vasculaires. Mais aujourd’hui une nouvelle ère s’ouvre pour l’imagerie haute résolution, qui ne doit plus se contenter de donner accès aux structures des tissus, mais aussi d’en apprécier les fonctions. En effet, on peut trouver dans l’imagerie rétinienne des biomarqueurs du fonctionnement de l’ensemble du corps humain. Des maladies neurodégénératives (Parkinson,Alzheimer) ou l’hypertension artérielle pourraient être ainsi précocement diagnostiquées par une imagerie de haute précision de la rétine. L’optique adaptative, adaptée à l’imagerie rétinienne dès 1997, a amélioré nettement la résolution spatiale des images rétiniennes entraînant la multiplication des études de rétine par ophtalmoscope. Elle a notamment été couplée avec l’ophtalmoscope à balayage, qui devint le choix le plus populaire par sa supériorité en résolution spatiale et sectionnement optique par rapport au plein champ. Cependant, contrairement aux systèmes à balayage, l’ophtalmoscope plein champ produit des images grand champ à forte cadence d’acquisition et sans distorsion. Dans mon travail de thèse, j’ai cherché à montrer qu’un tel système, associé à des modalités d’imagerie jouant sur la géométrie d’éclairement, pourrait apporter à la recherche sur la rétine. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons modiﬁé l’ophtalmoscope plein champ construit au Centre Hospitalier National des Quinze-Vingts avec un traitement d’image spéciﬁque et deux nouveaux instruments inspirés de la microscopie plein champ. Nous avons intégré ces instruments dans le trajet d’illumination de l’ophtalmoscope aﬁn de manipuler la géométrie de l’éclairage de la rétine. Ces nouvelles implémentations nous permettent de mettre en œuvre des techniques d’imagerie plus avancées, comme par exemple l’imagerie en champ sombre ou l’angiographie non invasive en proche infrarouge. Ces modalités d’imagerie ont été exploitées pour imager la rétine de façon fonctionnelle. Nous nous sommes intéressés principalement à la fonction de couplage de lumière des photorécepteurs et à la perfusion sanguine
As the only transparent optical window of our body, the eye gives a unique access to the observation of neural and vascular networks. Today however, a new era is opening up for high-resolution imaging, which should no longer be limited to giving access to tissue structures, but may also tackle their functions. In fact, biomarkers for the functioning of the whole human body can be found in retinal imaging. Neurodegenerative diseases (Parkinson's, Alzheimer's) or arterial hypertension could thus be diagnosed early by high precision imaging of the retina. In my thesis work, I intended to show how the full-field ophthalmoscope, associated to imaging modalities adjusting geometrical settings of the illumination, could contribute to research on the retina. To achieve this ambitious goal, we modified the full-field ophthalmoscope built at the National Hospital Center of Quinze-Vingts with a specific image processing and two new instruments inspired by full-field microscopy. We have integrated these instruments into the illumination path of the ophthalmoscope to manipulate the geometry of the retinal illumination. These new implementations allow us to make use of more advanced imaging techniques, such as dark field imaging or noninvasive near infrared angiography. These imaging modalities have been exploited to image the retina functionally. We focused mainly on the light coupling function of photoreceptors and on blood perfusion

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Xiao, Peng. "Optique adaptative et interférométrie spatialement incohérente plein champ pour l’imagerie de la rétine." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLET015/document.

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Abstract:

Cette thèse traite de l’étude et du développement d’un système d’optique adaptative pour la tomographie par cohérence optique plein champ (AO-FFOCT en anglais) appliquée à l’imagerie haute résolution de la rétine. L’analyse de l’effet des aberrations géométriques sur les performances en FFOCT a montré que pour une illumination spatialement incohérente, la résolution transverse est insensible aux aberrations et ne fait que diminuer le niveau du signal. Comme ce sont des aberrations de bas ordres comme la myopie et l’astigmatisme qui prédominent pour l’œil humain, une méthode d’optique adaptative avec une configuration sans conjugaison qui utilise une correction de front d’onde en transmission est suggérée, puis appliquée à la correction de ces ordres afin de simplifier le système d’AO-FFOCT. Des corrections de front d’onde sont effectuées sans analyseur de surface d’onde, en utilisant le niveau du signal de FFOCT comme métrique. Des expériences avec des échantillons diffusants et un œil artificiel sont menées pour démontrer la faisabilité d’un système d’AO-FFOCT conçu pour la correction d’aberration. Afin de résoudre les problèmes posés par les mouvements oculaires et de compenser en temps réel la différence de chemin optique entre les deux bras de l’interféromètre, l’instrument de FFOCT est couplé à un système d’OCT spectral. Avec cette combinaison de systèmes, l’imagerie FFOCT in vivo cellulaire de la rétine à haute résolution a été réalisée pour la première fois sur l’œil humain
This thesis follows the study and development of an adaptive optics full-field optical coherence tomography (AO-FFOCT) system, aiming for high resolution en face human retinal imaging. During the quantification of the effects of geometrical aberrations on the FFOCT system performance, it is shown that, with spatially incoherent illumination, the lateral resolution of FFOCT is insensitive to aberrations, which only cause the FFOCT signal reduction. Since low order aberrations like myopia and astigmatism dominate in human eye, a non-conjugate AO configuration by using transmissive wavefront corrector is suggested and applied for low order aberrations correction to simplify the AO-FFOCT system. Wavefront corrections are done with a wavefront sensorless method by using FFOCT signal level as the metric. Experiments with scattering samples and artificial eye model are conducted to demonstrate the feasibility of the customized AO-FFOCT system for aberration correction. In order to resolve the eye motion effects and employ real-time matching of the optical path lengths of the two interferometric arms in FFOCT, a system combination of traditional spectral-domain OCT (SDOCT) with FFOCT is adopted. With this combined system, high resolution FFOCT cellular retinal imaging is achieved in human eye in vivo for the first time

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Bernard, Anaïs. "Développement de nouveaux outils de traitement et d’analyse pour l’optique adaptative grand champ." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0336/document.

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Abstract:

Nous allons assister au cours de la prochaine décennie, à la première lumière des nouveaux Extremely Large Telescopes. Leur grande taille (de 25 à 39 m de diamètre) permet d’augmenter à la fois leur sensibilité et leur résolution angulaire. Cependant, la résolution angulaire d'un télescope terrestre, est toujours limitée par la turbulence atmosphérique. Pour pallier à ce problème, les grands télescopes sont désormais équipés d'instruments d’Optique Adaptative (OA). L’OA est une technique qui permet d’analyser les effets de la turbulence et de les compenser en temps réel à l’aide de miroirs déformables. En complément, la plupart des télescopes de la génération 8-10 m sont maintenant équipés de systèmes d’étoiles lasers qui permettent d’augmenter la proportion du ciel pouvant bénéficier d’une correction par OA: on parle alors d'Optique Adaptative Grand Champ (OAGC). Malgré les excellentes performances de ces systèmes, la correction apportée aux images reste partielle et des résidus de correction limitent encore leur qualité. Pour extraire les meilleurs résultats scientifiques des images issues de l'OAGC, il est donc essentiel d'optimiser les outils de réduction et d'analyse de données. La première partie de cette thèse détaille une analyse astrophysique de données OAGC ayant pour but d'étudier la formation des étoiles massives dans un environnement extra-galactique. Au delà des résultats scientifiques nouveaux, cette étude a permis de mettre en évidence les termes d'erreur limitant l'analyse scientifique de données OAGC. La seconde partie de cette thèse est dédiée au développement d'un nouvel outil de correction de la distorsion permettant de réduire ces termes d'erreurs
The next decade will see the first light of the new Extremely Large Telescopes. Their large diameter (from 25 to 39 meters across), increases both their sensitivity and their angular resolution. However, angular resolution of all sizes ground-based telescope is always strongly limited by the atmospheric turbulence. To tackle this problem and fully exploit their capabilities, large optical telescopes are now indissociable of their Adaptive Optics (AO) instruments. AO is a technic that consists in analyzing the effects of turbulence on the wavefront and compensating for it in real time, thanks to one or several deformable mirrors in order to restore the initial angular resolution of optical telescopes. In addition, most of the 8-10 meters telescopes are supplied with laser guide stars systems in order to increase the portion of the sky that can benefit for such an AO correction. Such systems are called Wide Field AO (WFAO). However, despite the excellent performance of such systems, the correction performed is not perfect and some residuals still limit the image quality. In order to get the best science results out of the WFAO images, dedicated and optimized reduction and analyses tools are needed. The first part of this document present an astrophysics analyses of WFAO images aiming to study massive star formation in an extra-galactic environment. In addition to new science results, the study carried out on these observations has enable to highlight the critical parameters that limit the scientific analyses of Wide Field AO data. The second part of this document is dedicated to the development of a new distorsion correction tool that aims to reduce these error terms

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Villecroze, Rémy. "Modélisation d’un système d’optique adaptative à grand champ pour la reconstruction de la réponse impulsionnelle multi-spectrale des futurs spectro-imageurs 3D du VLT et de l’ELT." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10061.

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Abstract:

La résolution des télescopes astronomiques d'observation de l'Espace est sévèrement limitée par les aberrations évolutives liées à la turbulence atmosphérique. L'optique adaptative (OA) est une technique qui permet de corriger des dégradations apportées par la turbulence grâce à une mesure et une correction temps réel de ces aberrations à partir d'une ou de plusieurs sources de référence. Néanmoins, cette correction n'est pas optimale et les hautes fréquences sont souvent atténuées. Pour remédier à ce problème, un traitement d'image est nécessaire. Il comprend l'estimation de la fonction d'étalement du point (FEP) du système en temps réel et la déconvolution de celle-ci permettant ainsi d'améliorer la qualité de l'image acquise. L'étude effectuée ici consiste à la modélisation d'un système d'optique adaptative grand champ et d'un spectroimageur permettant de reconstruire la FEP à partir des données télémétriques enregistrées lors des observations. Elle porte plus précisément sur l'instrument de deuxième génération MUSE installé au VLT dans son mode grand champ (1arcmin2) et son système d'optique adaptative GALACSI associé. La particularité de l'instrument MUSE-GALACSI est d'avoir une analyse multidirectionnelles grand champ avec des étoiles laser et un système de correction de type GLAO (on somme l'ensemble des mesures pour une correction moyenne dans le champ). Le but de la thèse est d'estimer la FEP de l'instrument MUSE-GALACSI en tout point de son champ scientifique et pour l'ensemble des longueurs d'onde couvertes par son spectrographe. Pour cela, une étude complète du système a été effectuée pour en déterminer les sources d'erreurs principales. A partir de cette analyse, un algorithme innovant de reconstruction de la FEP a été proposé. Basé sur une approche analytique intégrant des inter corrélations angulaires dans les diverses directions d'analyse et de correction dans le champ, cet algorithme a été validé dans un premier temps grâce à des modèles End-to-End complexes puis testé sur des données réelles en utilisant l'instrument Gems, le module MCAO du telescope Gemini-Sud. Les données Gems, obtenues en mode GLAO, montrent que l'algorithme propose permet une estimation de la FEP avec une precision inférieure à quelques pourcents. La combinaison de validité par simulation et expérimentale ont permis de valider l'ensemble de l'approche proposée qui va à présent être complètement intégrée dans le processus d'acquisition des données de l'instrument MUSE

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Camboulives, Adrien-Richard. "Compensation des effets de la turbulence atmosphérique sur un lien optique montant sol-satellite géostationnaire : impact sur l'architecture du terminal sol." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS564/document.

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Abstract:

Un lien optique basé sur un multiplex de longueurs d'onde autour de 1,55μm est une alternative intéressante pour pallier la saturation des bandes radio-fréquences classiquement utilisées et pour répondre aux besoins de liens haut débit par satellite géostationnaire de la prochaine génération de télécommunication. Compte-tenu de la puissance limitée des lasers envisagés, la divergence du faisceau doit être considérablement réduite. Par conséquent, le pointage du faisceau devient un paramètre critique. Au cours de sa propagation entre la station sol et un satellite géostationnaire, le faisceau optique est dévié et éventuellement déformé par la turbulence atmosphérique. Cela induit de fortes fluctuations du signal de télécommunication détecté, réduisant le débit disponible. Un miroir de basculement est utilisé pour pré-compenser la déviation mesurée à partir d'un faisceau provenant du satellite. Du fait de l'angle de pointage en avant entre la liaison descendante et la liaison montante, les effets de turbulence subis par les deux faisceaux sont légèrement différents, ce qui induit une erreur dans la correction.Le critère de performance de la liaison est l’intensité minimale détectable 95% du temps. Un modèle rapide, nommé WPLOT, prenant en compte les erreurs de pointage et leur évolution temporelle, est proposé pour évaluer cette intensité minimale en fonction des paramètres de la station sol et de la qualité de la correction. Les résultats obtenus avec ce modèle sont comparés avec ceux obtenus par un modèle physique mais plus couteux en temps de calcul ; le code TURANDOT. Grâce à ce modèle, une étude de sensibilité a été réalisée et a permis de proposer un dimensionnement de la station sol. Ce modèle permet également de générer des séries temporelles afin d’optimiser les codes de correction d’erreur et optimiser le débit (1Terabit/s d'ici 2025)
An optical link based on a multiplex of wavelengths at 1.55µm is foreseen to be a valuable alternative to the conventional radio-frequencies for the feeder link of the next-generation of high throughput geostationary satellite. Considering the limited power of lasers envisioned for feeder links, the beam divergence has to be dramatically reduced. Consequently, the beam pointing becomes a key issue. During its propagation between the ground station and a geostationary satellite, the optical beam is deflected and possibly distorted by atmospheric turbulence. It induces strong fluctuations of the detected telecom signal, thus reducing the capacity. A steering mirror using a measurement from a beam coming from the satellite is used to pre-compensate the deflection. Because of the point-ahead angle between the downlink and the uplink, the turbulence effects experienced by both beams are slightly different, inducing an error in the correction. The performance criteria is the minimum detectable irradiance 95% of the time. A fast model, named WPLOT, taking into account pointing errors and their temporal evolution, is proposed to evaluate the minimum irradiance as a function of the ground station parameters and quality of the correction. The model’s results are compared to those obtained with a more physical but requiring more computation power: TURANDOT. A sensitivity study has been realized and led to a sizing of a ground station. The model also enables the generation of time series in order to optimize the forward error correction codes in order to be compliant with the targeted capacity (1Terabit/s by 2025)

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Nguyen, Khanh Linh. "Mesures optiques de profils de turbulence pour les futurs systèmes d'optique adaptative et d'observation." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4242/document.

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Abstract:

La connaissance de la turbulence atmosphérique en visée horizontale permet de mieux appréhender la physique des flux de chaleur à l’interface sol-atmosphère. Elle permet également, en visée verticale, d’améliorer les performances des futurs systèmes d’optique adaptative grand-champ pour l’observation astronomique. Le profil de Cn² caractérise localement la force de la turbulence. La méthode CO-SLIDAR, développée par l’ONERA, permet de réaliser des profils de Cn² le long de la ligne de visée du télescope à partir des pentes et de scintillations mesurées par un Analyseur de Shack-Hartmann sur source double. Cette méthode a été validée en visée verticale mais n’avait pas encore montré son efficacité en visée horizontale. Les deux expériences à Lannemezan et à Châtillon-Meudon ont vu la mise en place d'un nouveau profilomètre Shack-Hartmann Infrarouge : le SCINDAR. Elles ont été réalisées sur des surfaces respectivement hétérogène et homogène par morceaux, et elles participent à la validation de la méthode pour des applications agronomiques et écologiques. Mon étude consiste à améliorer le traitement du signal du profilomètre SCINDAR et à valider la méthode CO-SLIDAR pour des mesures de la turbulence atmosphérique proche du sol. Cette méthode a été adaptée en utilisant un formalisme de propagation en onde sphérique. L'étude a permis d'identifier et prendre en compte des sources d'erreur dans le traitement : à savoir la vibration de la machine à froid de l'analyseur de front d'onde cryogénique du SCINDAR et l'étendue des sources dans les fonctions de poids du modèle direct posé pour le traitement des données. Mon étude se consacre à l’amélioration du traitement des données du SCINDAR et à la validation expérimentale des profils de Cn² obtenus avec des mesures de Cn² acquises par des scintillomètres. J'ai construit tout d'abord une base de données de pentes et scintillations de qualité vérifiée. Pour l'inversion des données, j'ai choisi la régularisation L1L2 qui est adaptée pour des mesures de Cn² proches du sol. La méthode de réglage des hyperparamètres de cette régularisation est non-supervisée. Elle permet d’augmenter la fiabilité et la précision de l’estimation du profil de Cn² de façon pragmatique à l'aide des erreurs relatives sur les paramètres turbulents macroscopiques. Le profilomètre SCINDAR avec la méthode CO-SLIDAR ainsi améliorée produit finalement des profils de Cn² d'excellente qualité. Ces profils sont comparés avec succès aux mesures des scintillomètres. L’ensemble de ces travaux constitue l'adaptation de la méthode CO-SLIDAR pour des mesures de la turbulence proche du sol
The knowledge of atmospheric turbulence in horizontal aim allows to better understand the physics of the heat fluxes at the ground-atmosphere interface. It also allows, in vertical aim, to improve the performance of future wide-field adaptive optics systems for astronomical observation. The profile of Cn²locally characterizes the force of turbulence. The CO-SLIDAR method, developed by ONERA, allows profiles of Cn² along the line of sight of the telescope, from the slopes and scintillations of a double source measured by Shack-Hartmann analyzer. This method was validated in vertical aim but had not yet shown its effectiveness in horizontal aim. The two experiments in Lannemezan and Châtillon-Meudon introduced a new Shack-Hartmann Infrared profilometer: the SCINDAR. They were carried out on heterogeneous and piecewise homogeneous surfaces respectively, and they participate in the validation of the method for agronomic and ecological applications. My study consists of improving SCINDAR profilometer signal processing and validating the CO-SLIDAR method for near-ground atmospheric turbulence measurements. This method has been adapted using a spherical wave propagation formalism. The study identified and took into account sources of error in processing: the cold machine vibration of the SCINDAR cryogenic wavefront analyzer and the extent of the sources in the weight functions of the direct model set for data processing. My study focuses on improvement of the SCINDAR data processing and experimental validation profiles Cn² obtained with Cn² measurements acquired by scintillometers. I first built a database of slopes and scintillations of verified quality. For the inversion of the data, I chose the L1L2 regularization which is suitable for near-ground Cn² measurements. The method of setting the hyperparameters of this regularization is unsupervised. It makes it possible to increase the reliability and the accuracy of the Cn² profile estimation in a pragmatic way using the relative errors of the macroscopic turbulent parameters. The SCINDAR profilometer with the improved CO-SLIDAR method finally produces Cn² profiles of excellent quality. These profiles are successfully compared to scintillometer measurements. All of this work constitues the adaptation of the CO-SLIDAR method for measurements of near-ground turbulence

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Bardou, Lisa. "Analyse de front d'onde sur étoile laser allongée pour l'optique adaptative de l'ELT." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC036/document.

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Abstract:

L’ELT (Extremely Large Telescope), est un télescope de diamètre 39 m en cours de réalisation par l’Observatoire Européen Austral (ESO). Pour pouvoir tirer pleinement parti de sa taille, ses instruments seront équipés de systèmes d’Optique Adaptative (OA) qui compenseront la turbulence atmosphérique. Ces systèmes d’OA requièrent l’utilisation d’étoiles guides laser afin de maximiser la couverture du ciel. Les étoiles guides laser sont générées par laser accordé sur une résonance d’atome de sodium présents dans une couche d’une épaisseur de 10 km et située à environ 90 km d’altitude. Une étoile laser est donc un cylindre lumineux dans la haute atmosphère, allumé par la relaxation des atomes. L’analyse de front d’onde à l’aide de ces étoiles artificielles souffrent de limitations connues. De plus, sur un télescope de la taille de l’ELT, leur utilisation est compliquée par l’effet de perspective qui provoque un allongement de l’étoile guide lorsqu’elle est vue d’un point éloigné de son point de lancement au sol : le cylindre n’est plus vu par une section circulaire, mais sur le côté. Sur un télescope de 39m, l’élongation de l’étoile peut alors atteindre jusqu’à 20 secondes d’arc, à comparer avec le diamètre du cylindre qui est déterminé par la turbulence, soit de l’ordre d’une seconde d’arc. La variabilité de l’épaisseur, de l’altitude et de la distribution de densité de la couche de sodium ont alors un impact sur la mesure du front d’onde.L’étude de ce problème, qui porte à la fois sur les algorithmes de mesure et le design des analyseurs de front d’onde, a donné lieu à de nombreux travaux s’appuyant sur des simulations et des tests en laboratoire. Le but de cette thèse a été d’étudier cette question à l’aide de données expérimentales obtenues sur le ciel. Ces données ont été enregistrées grâce au démonstrateur d’OA CANARY, situé sur le télescope William Herschel sur l’île de la Palma aux Canaries. CANARY a été développé par le LESIA, en collaboration avec l’Université de Durham; le laser et son télescope d’émission ont été fournis et opéré par l’ESO. Lors de cette expérience, l'allongement extrême des étoiles laser qui sera observé sur l'ELT a été reproduit en plaçant le télescope d’émission à environ 40m du télescope William Herschel. Le front d'onde a ensuite été mesuré sur l’étoile laser allongée ainsi crée.Les travaux effectués pendant cette thèse ont consisté en la préparation de l’instrument et en particulier de l’analyseur de front d’onde de l’étoile laser, la réalisation des observations et le traitement des données résultant de ces dernières. L’analyse de ces données a permis de construire un budget d’erreur de la mesure de front d’onde sur étoile laser allongée. Grâce à ce budget d’erreur, les performances de différents algorithmes de mesure ont été comparées, ainsi que leur comportement face à la variabilité du profil de sodium et des conditions de turbulence. Enfin, différentes configurations d’analyseurs ont été extrapolées, ce qui a permis d’établir des limites sur leur design dans le cadre de l’ELT
The ELT (Extremely Large Telescope) is a telescope whose diameter is 39 m currently under construction by the European Southern Observatory (ESO). In order to fully benefit from its size, ELT instruments will be equipped with Adaptive Optics (AO) systems to compensate the atmospheric turbulence. These AO systems require the use of Laser Guides Stars (LGS) in order to have as large a sky coverage as possible. LGS are generated using a laser tuned on a resonant frequency of sodium atoms contained in a layer approximately 90km high and 10 km thick. Therefore, a LGS is a luminous cylinder in the high atmosphere, lighted by sodium atoms relaxation. Wavefront sensing on these artificial stars suffers from known limitations. On a telescope the size of the ELT, their use is further complicated by the perspective effect which causes an elongation of the LGS when it is seen from a point distant from its launch position : the cylinder is no longer seen by its circular section, but on the side. On a 39m telescope, the elongation can reach up to 20 arcseconds, which is large compared to to the diameter of the cylinder determined by the turbulence, that is about 1 arcsecond. Variability of the thickness, height and density distribution of the sodium layer then have an impact on wavefront sensing. The study of this problem, which concerns both sensing algorithms and wavefront sensor design, has already been the subject of many work relying on simulations and laboratory experiments. This thesis aims at studying this question using experimental data obtained on sky. These data were acquired using the AO demonstrator CANARY, placed on the William Herschel Telescope (WHT) on the island of La Palma in the Canaries Island. CANARY was developed by LESIA in collaboration with Durham University; the laser and its launch telescope were supplied and operated by ESO. In this experiment, the extreme elongation of LGS as will be seen on the ELT was reproduced by placing the launch telescope 40 m away from the William Herschel Telescope. The wavefront was the measured on the elongated LGS thus created. The studies led during this thesis consisted in the preparation of the instrument and in particular the LGS Wavefront Sensor (WFS), the realisation of the observations and processing on the data obtained. Analysis of these data allowed to build an error breakdown of wavefront sensing on the elongated LGS. Thanks to this error breakdown, performances of different measurement algorithms where compared, as well as their behaviour according to the variability of the sodium profile and the turbulence conditions. Finally, different wavefront sensor designs were extrapolated which allowed to establish limits on their designs for the ELT

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Gemayel, Pierre. "Optique adaptative par modulateur spatial de lumière en microscopie et holographie." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH9294/document.

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Abstract:

Depuis les années 50, la récupération de la phase d’un faisceau optique diffracté par un objet quelconque, est un sujet important dans plusieurs domaines scientifiques, comme la microscopie, l’astronomie et bien d’autres. Généralement, les méthodes qui le permettent se divisent en deux grandes catégories : les méthodes interférométriques et les méthodes itératives basées sur la propagation du faisceau. L’intérêt de ces dernières, réside dans le fait qu’elles sont moins sensibles au bruit, et leur implémentation expérimentale est plus simple. Aussi, le développement des techniques informatiques a rendu cette approche plus rapide et plus intéressante. Cependant, même si l’efficacité de ces méthodes a été démontrée dans plusieurs domaines, leur utilisation est restée limitée à cause de certaines exigences sur les conditions expérimentales, et à la non-convergence de leur algorithme vers une solution unique dans un grand nombre de cas. Ceci est encore plus vrai pour les objets dits "objets complexes", possédant une amplitude et une phase, ce qui réduit fortement leur champ d’application. Afin de surmonter ces problèmes de convergence, diverses stratégies expérimentales ont été développées. Elles ont toutes comme principe d’introduire de nouvelles contraintes bien connues dans le plan de l’objet. Cela permet d’augmenter le nombre de spectres acquis, et donc accroitre et diversifier les sources d’informations sur l’objet de base, ce qui va aider l’algorithme itératif à converger plus rapidement vers une solution finale et unique. Comme exemple de ces stratégies expérimentales, on peut acquérir plusieurs spectres provenant de différentes zones de l’objet, ou moduler la longueur d’onde du faisceau incident, ou même enregistrer les spectres dans des plans parallèles, connectés entre eux par la transformée de Fresnel. Dans ce contexte, le présent travail vise à démontrer expérimentalement une technique connue sous SSPR (Spread Spectrum Phase Retrieval), proposé en 2007 par Zhang, tout en lui introduisant un certain nombre de modifications, afin de la rendre plus pratique. L’idée consiste à moduler le front d’onde de l’objet par M phases aléatoires, générées avec un modulateur spatial de lumière à base de cristaux liquides (LC-SLM), puis enregistrer dans le plan de Fourier les M spectres correspondants. Ces M spectres seront ensuite utilisés dans un algorithme itératif permettant de remonter au front d’onde de l’objet initial, en simulant la propagation du front d’onde entre les deux espaces, spatial et fréquentiel.La première partie de cette thèse comporte une étude détaillée sur les modulateurs spatiaux de lumière, afin de pouvoir choisir le mieux adapté à notre application. Une fois que le modulateur à base de cristaux liquides (LC-SLM) est sélectionné, on présentera ses caractéristiques techniques, ainsi que les tests et les étapes de calibrations nécessaires pour assurer son fonctionnement linéaire et optimal. Ensuite, on montrera plusieurs types d’applications possibles avec ce composant, et dans divers domaines scientifiques, comme l’holographie, la microscopie, l’optique adaptative ainsi que les méthodes interférométriques permettant de reconstruire la phase d’un faisceau lumineux. Dans la deuxième grande partie, on concentre notre travail autour de la méthode itérative SSPR. On montrera comment on peut rendre l’application de cette méthode plus simple en utilisant un modulateur spatial de lumière à base de cristaux liquides, et en travaillant dans le plan de Fourier à la place du plan de Fresnel. Cependant, après avoir appliqué expérimentalement cette méthode, on remarque que les résultats obtenus sont très mauvais par rapport aux résultats des simulations. On effectue donc, une étude détaillée concernant les sources de bruits pouvant être responsable de la dégradation de la qualité des reconstructions obtenues. [...]
Since the 50s, recovering the phase information of a diffracted beam has a major interest in several fields such as microscopy, astronomy and many others. Generally, the solutions fall into two broad categories: interferometric methods and iterative methods based on beam propagation. The advantage of the latter is that they are less sensitive to noise, and their experimental implementation is simpler. Also, the progress in computer technologies as well in digital imaging devices makes the application of this approach easier and more interesting. However, even if the effectiveness of these methods has been demonstrated in several fields, their use remained limited because of certain requirements on the experimental conditions and the non-convergence of their algorithm to a single solution in many cases. This is even more true for the so-called "complex objects", having an amplitude and a phase, which can greatly reduce their field of application. To overcome the convergence problems and improve the robustness of these methods, many experimental strategies have been employed. They are all based on the same principle, which consists of introducing new well-known constraints in the object plane. This increases the number of acquired spectrum, and therefore diversifies the sources of information about the starting object, which will help the iterative algorithm to converge more quickly towards the final solution. As examples of such experimental strategies, one can record several spectra from different areas of the object, or modulate the wavelength of the incident beam, or also acquire the spectrums across two or more parallel planes connected through Fresnel or Fourier transform.In this context, the present work aims to experimentally demonstrate a technique known as SSPR (Spread Spectrum Phase Retrieval), proposed in 2007 by Zhang, while modifying it in order to make it more flexible. The idea is to introduce, using a liquid crystal spatial light modulator M strong phase modulation into the object field, then record in the Fourier plane the M corresponding spectrums. These M acquisitions will then be used in an iterative algorithm what will allow us to recover the object wavefront by simulating the propagation of the light between spatial and frequency spaces. The first part of this thesis includes a complete study on spatial light modulators; in order to select which one will be best suited for our application. Once liquid crystal spatial light modulators are selected, we present their technical characteristics, as well as the calibration tests needed to ensure their linear and optimal functioning. Then we show several possible applications with this type of component, in various scientific fields, like holography, microscopy, adaptive optics and interferometric methods to reconstruct the phase of a beam.In the second part, we focus our work around the SSPR iterative method. We will show how to make the application of this method simpler by using a liquid crystal spatial light modulator, and by working in Fourier plane instead of Fresnel plane. However, after applying SSPR we have noticed that the quality of experimental results is very inferior to the quality of simulation results. Therefore, a detailed study of the noise sources is conducted. Each of these noise sources adds its own contribution, yet modulator cross-talk remains the factor that deteriorates the most the quality of reconstruction. In fact liquid crystal spatial light modulators are known to have a strong cross-talk between their pixels commonly recognized as fringing field effect. As the pixels are micrometric, each addressed one affects its neighbors, and thus, the phase retardation obtained from a pixel will not be uniform over its entire surface. This will result in a blurring effect of the desired sharp edge between the pixels; therefore, the real displayed phase map will be very different from the addressed one. [...]

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Teixeira, Joël. "Nouvelle approche de mesure de front d'onde sans analyseur pour la microscopie à deux photons : application à l'imagerie in vivo de l'hippocampe." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEO017/document.

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Abstract:

L’imagerie en profondeur in vivo à deux photons est sévèrement limitée par les aberrations optiques. L'optique adaptative est maintenant une technique largement utilisée pour résoudre ce problème. Elle repose sur une des nombreuses techniques possibles de mesure de front d'onde. L'estimation du front d'onde indirecte ou sensorless présente l'avantage d'être facile à mettre en œuvre sur les systèmes existants.L'approche modale sensorless, développée initialement pour l’imagerie à deux photons par Débarre et al., est devenue une technique standard fondée sur la maximisation d'une métrique de qualité d'image telle que l'intensité moyenne de l'image.Cependant, le front d'onde indirectement inféré est influencé par l'échantillon, qui peut induire un biais fort dans l'estimation. Cet effet est connu sous le nom de dépendance en l'échantillon.Ce travail de doctorat vise à développer une approche modale sensorless améliorée qui n'est pas affectée par la dépendance en l'échantillon. J'ai d'abord étudié l'impact des aberrations et de la structure de l'échantillon sur l'intensité moyenne de l'image.Je donne une nouvelle expression analytique de l'intensité moyenne de l'image est donnée qui rend explicite l'interaction entre la forme de la PSF 3D et la distribution spatiale de l'échantillon. À partir de simulations numériques, je montre que la sensibilité de la métrique aux aberrations est préservée pour des échantillons beaucoup plus grands que la résolution spatiale. Deuxièmement, j'étudie l'approche Standard Modal Sensorless (SMS) pour différents types d'échantillons.Je caractérise le problème de la dépendance en l'échantillon induit par des structures très fluorescentes situées hors de la profondeur de focalisation.Ensuite, je montre que la technique displacement-free n’élimine pas complètement la dépendance en l'échantillon.Cette analyse aboutit au développement de notre approche nommée Axially-Locked Modal Sensorless (ALMS). Cette nouvelle approche résout la dépendance en l'échantillon par un réglage automatique et contrôlé de la profondeur de focalisation afin de verrouiller la focalisation sur des motifs brillants de l'échantillon. En outre, l'approche ALMS se fonde également sur une métrique de qualité d'image spécialement conçue pour ce verrouillage. La performance de cette approche est numériquement comparée aux approches SMS et displacement-free. Enfin, ALMS est validée par des tests expérimentaux ex vivo et in vivo
Deep in vivo two-photon microscopy is severely limited by optical aberrations. Adaptive optics is now a widely used technique to overcome this issue. It relies on one of several possible wavefront sensing techniques. Indirect or sensorless wavefront estimation has the advantage of being easy-to-implement on existing systems. Modal sensorless approach, initially developed for two photon imaging by Débarre et al., has become a standard technique based on the maximization of an image quality metric such as the mean image intensity.However, the indirectly inferred wavefront is influenced by the sample, which may induce a strong bias in the estimation, the so-called sample dependence. This PhD work aims at developing an improved modal sensorless approach that is not affected by sample dependence.I first study the impact of aberrations and of the sample structure on the mean image intensity.A new analytical expression of the mean image intensity is given and makes explicit the interplay between the shape of the 3D PSF and the sample spatial distribution. Through numerical simulations I show that the metric sensitivity to aberrations is preserved for samples much larger than the spatial resolution.Secondly, I study the Standard Modal Sensorless (SMS) approach for different sample scenarios. I characterize the sample dependence issue induced by strong fluorescent structures located out-of-focus. Then, I show that the displacement-free technique fails at fully removing the sample dependence. This analysis leads to the development of our Axially-Locked Modal Sensorless approach (ALMS). This new approach solves the sample dependence by an automatic and controlled adjustment of the focusing depth so as to lock on bright sample features. Furthermore, the ALMS approach is based on a specifically designed image quality metric.The performance of this approach is numerically compared with the SMS and the displacement-free approaches. Finally, ALMS is demonstrated through ex vivo and in vivo experimental tests

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Maji, Suman Kumar. "Multiscale methods in signal processing for adaptive optics." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00909085.

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Abstract:

In this thesis, we introduce a new approach to wavefront phase reconstruction in Adaptive Optics (AO) from the low-resolution gradient measurements provided by a wavefront sensor, using a non-linear approach derived from the Microcanonical Multiscale Formalism (MMF). MMF comes from established concepts in statistical physics, it is naturally suited to the study of multiscale properties of complex natural signals, mainly due to the precise numerical estimate of geometrically localized critical exponents, called the singularity exponents. These exponents quantify the degree of predictability, locally, at each point of the signal domain, and they provide information on the dynamics of the associated system. We show that multiresolution analysis carried out on the singularity exponents of a high-resolution turbulent phase (obtained by model or from data) allows a propagation along the scales of the gradients in low-resolution (obtained from the wavefront sensor), to a higher resolution. We compare our results with those obtained by linear approaches, which allows us to offer an innovative approach to wavefront phase reconstruction in Adaptive Optics.

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Paillier, Laurie. "Architecture de récepteur cohérent pour les liens optiques satellite-sol avec optique adaptative." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAT026.

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Abstract:

L’émergence et la multiplication de moyens d’observation du sol de résolution croissante et de réseaux de télécommunication spatiaux à très haut débit pour l’internet globalisé rendent nécessaire d’accroître la capacité de transmission de données entre l’espace et le sol de plusieurs ordres de grandeur. Les liens optiques, avec des débits de plusieurs dizaines de Gbps par canal, constituent une solution à très fort potentiel si les techniques de modulation de phase exploitées dans les réseaux fibrés peuvent y être appliquées. L’enjeu de cette thèse est d’investiguer le recours à des méthodes de modulation de phase pour des liens optiques satellite-sol en prenant en compte les spécificités propres à l’application : bruits de phase des lasers, effet Doppler, et impact de la propagation à travers l’atmosphère turbulente corrigé par optique adaptative pour maximiser l’efficacité de la détection cohérente. Dans ce but, j’ai développé un outil de simulation complète d’une transmission cohérente BPSK incluant les étapes de propagation à travers l’atmosphère, de détection et de démodulation. En s’appuyant sur cet outil, nous avons proposé deux architectures de récepteur numérique : l’une exploitant une boucle à verrouillage de phase, l’autre reposant sur une synchronisation en boucle ouverte. La méthodologie de conception développée à cette occasion permet de réduire l’impact du bruit de phase des lasers sur la précision de synchronisation, ce terme restant néanmoins prépondérant. L’étude menée montre que les deux architectures présentent des performances comparables en termes de précision de synchronisation, de seuil de convergence et de taux d’erreur dans différentes conditions de turbulence. Les performances en taux d’erreur obtenues soulignent l’importance de la qualité de la correction par optique adaptative. Une confirmation par modélisation du faible impact du bruit de phase turbulent sur la performance est apportée. Ces travaux laissent envisager la possibilité d’un accroissement très significatif du débit atteignable pour des liens de télémesure cohérents dans le cas de l’emploi de constellations d’ordre supérieur (QPSK et au-delà) au prix d’une correction par optique adaptative de bonne qualité
Both the increasing imaging resolution of earth observation satellites and the advent of a space-based globalized internet are currently urging for very high data rate transmissions between space and ground.With the promise to provide tens of Gbps per channel, optical links may become a major breakthrough technology, assuming that the technological assets developed for the fibered networks can be exploited. Especially, phase modulation techniques have demonstrated their tremendous efficiency for fibered networks. The aim of this thesis was to investigate the feasibility of their transposition to the case of satellite-to-ground optical links, accounting for their specificities: laser phase noise, Doppler effect, and the impact of propagation through the turbulent atmosphere and its correction by adaptive optics to maximize coherent detection efficiency. To investigate the main limitations of such a BPSK modulated coherent link, I developed a tool performing a detailed simulation of the data transmission process. It includes the beam propagation through the atmosphere, the atmospheric disturbances correction by adaptive optics, and the synchronization step necessary to recover the modulated phase. We investigated two architectures of digital receiver: one based on a phase-locked loop, and the other one based an open loop approach. We formalized a design methodology to reduce the impact of laser phase noise on the accuracy of synchronization. Laser phase noise remains however the main contributor to the residual phase error. The two architectures achieve comparable performance in terms of residual phase error, convergence threshold and error rate. The impact of atmospheric turbulence and its correction by adaptive optics was investigated for different turbulence conditions. As expected, the importance of the quality of the adaptive optics correction is highlighted. We confirm by modeling the limited impact of turbulent phase noise on the performance.This work opens prospects for a strong increase in the achievable bit rate for coherent telemetry links when using higher-order constellations (QPSK and beyond)

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Rosenbaum, David. "Etude des effets respectifs de l'âge et de l'hypertension sur l'anatomie et la fonction des artères centrales et périphériques." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066018/document.

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Abstract:

Nous avons cherché à discerner les rôles respectifs de l’âge et de l’hypertension sur l’anatomie et la fonction des grosses et des petites artères en utilisant de nouvelles techniques non invasive. Au niveau macrovasculaire : En utilisant l’IRM aortique nous avons montré le rôle proéminent de l’âge et observé l’influence parallèle et combinée de l’âge et de l’hypertension sur la diminution de la rigidité. En utilisant la tonométrie de l’artère radiale nous avons montré des liens entre anatomie, fonction et athérosclérose dans une large population suggérant de nouvelles hypothèses pour relier fonction artérielle et risque cardiovasculaire Au niveau microvasculaire rétinien: Nous avons validé une nouvelle technologie d’imagerie de haute résolution: l’optique adaptative. Nous avons confirmé dans une large cohorte d’hypertendus la présence d’un remodelage eutrophique. Nous avons observé des variations à court terme de la lumière sans modification de la surface sectionnelle en cas de diminution de pression. Conjugués à la corrélation que nous avons établie entre le remodelage rétinien et les résistances périphériques totales, nos résultats plaident pour une part importante de remodelage fonctionnel. Avec le vieillissement, nous avons décrit un épaississement pariétal avec augmentation de la surface sectionnelle sans modification de la lumière. Nous avons confirmé la présence d’un remodelage hypertrophique chez les patients diabétiques. En conclusion : Nous avons validé et montré l’apport de nouvelles techniques d’imagerie artérielle non invasives sur de larges populations pour étudier le remodelage artériel dû à l’âge et aux facteurs de risque cardiovasculaires
We’ve tried to decipher the respective roles of age and hypertension on anatomy and function of large and small arteries using new non invasive imaging techniques. Large arteries: Using Aortic MRI, we’ve shown the proeminent role of ageing on arterial stiffening as well as the parallel and combined influence of age and hypertension . Using radial artery tonometry, we’ve shown links between anatomy, function and atherosclerosis in a large population. This generates new hypothesis to link arterial function and cardiovascular risk. Retinal microcirculation: We’ve validated a new high resolution imaging technique : adaptive optics. We’ve confirmed in a large cohort of hypertensives the existence of an inward eutrophic remodeling. We’ve observed Blood pressure drop related short term vasodilatation without changes in wall cross section. Together with the relationship we also established between arteriolar remodeling and total peripheral resistances, our results advocate for an important part of functional remodeling in hypertension. With ageing, we’ve observed a parietal thickening with wall cross section increase without lumen modifications. We’ve also confirmed the presence of an hypertrophic remodeling in diabetic patients. In conclusion: We have validated and confirmed the added value of new arterial non invasive imaging techniques on large populations to study cardiovascular risk factors induced arterial remodeling

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Schwartz, Noah. "Précompensation des effets de la turbulence par optique adaptative : application aux liaisons optiques en espace libre." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00771276.

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Abstract:

En propagation endo-atmosphérique et sur des longues distances (supérieure à quelques kilomètres), les effets de la turbulence atmosphérique sont importants pour les liaisons de télécommunication optique en espace libre (LOA). Le champ de l'onde subit des perturbations de phase qui modulent l'intensité reçue par le récepteur, dans des proportions pouvant être rédhibitoires pour la fiabilité de la liaison. La pré-compensation du champ émis à l'aide d'une optique adaptative (OA) a été proposée afin de limiter cet effet et de permettre d'augmenter la distance de propagation ainsi que le débit des LOA. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les performances et les limites, en termes d'efficacité vis-à-vis des LOA, des différentes méthodes de corrections par OA et d'étudier la possibilité de concepts plus efficaces. Nous avons montré qu'une approche itérative de correction de phase et d'amplitude - qualifiée de correction optimale - permet d'atteindre des performances excellentes, la meilleure parmi les approches proposées jusque-là. L'étude de cette approche théorique, nous a permis de fixer les limites de l'apport d'un système d'OA et de montrer que la correction a encore un intérêt largement au-delà de la limite des faibles perturbations. Dans le régime de fortes turbulences, nous montrons les limites des approches classiques - OA par mesure de front d'onde (ASO), par modulation de phase ou itérative de phase (qualifiée de sous-optimale) - notamment à cause de la scintillation, des enroulements de phase et de la présence de bruit de mesure. Nous avons quantifié la baisse de leurs performances vis-à-vis de la correction optimale et proposé une solution permettant de s'affranchir des effets de la scintillation sur la mesure de front d'onde. Nous avons finalement proposé un dispositif pour la pré-compensation de phase et d'amplitude et plus particulièrement de la mesure et de la commande qui devrait permettre de mettre en œuvre la correction optimale.

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Mendes, da Costa Rodrigues Gonçalo. "Adaptive optics with segmented deformable bimorph mirrors." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2010. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210166.

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Abstract:

The degradation of astronomical images caused by atmospheric turbulence will be much more severe in the next generation of terrestrial telescopes and its compensation will require deformable mirrors with up to tens-of-thousands of actuators.

Current designs for these correctors consist of scaling up the proven technologies of flexible optical plates deformed under the out-of-plane action of linear actuators. This approach will lead to an exponential growth of cost with the number of actuators, and in very complex mechanisms.

This thesis proposes a new concept of optical correction which is modular, robust, lightweight and low-cost and is based on the bimorph in-plane actuation.

The adaptive mirror consists of segmented identical hexagonal bimorph mirrors allowing to indefinitely increase the degree of correction while maintaining the first mechanical resonance at the level of a single segment and showing an increase in price only proportional to the number of segments.

Each bimorph segment can be mass-produced by simply screen-printing an array of thin piezoelectric patches onto a silicon wafer resulting in very compact and lightweight modules

and at a price essentially independent from the number of actuators.

The controlled deformation of a screen-printed bimorph mirror was experimentally achieved with meaningful optical shapes and appropriate amplitudes; its capability for compensating turbulence was evaluated numerically. The generation of continuous surfaces

by an assembly of these mirrors was numerically simulated and a demonstrator of concept consisting of 3 segments was constructed.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Abada, Sami. "Conception et réalisation de microsystèmes optiques (MOEMS) en polymère pour l'optique adaptative intégrée sur diodes laser verticales (VCSELs)." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30374/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la conception, la réalisation et d'une nouvelle génération de MOEMS (Micro-Optical-Electrical-Mechanical System) pour le contrôle actif du faisceau laser émis par des matrices de VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers). Le microsystème à base de polymères que nous avons conçu est compatible avec une intégration monolithique en post-processing. Il est composé d'une membrane suspendue associée à une microlentille réfractive. Le plan de focalisation est contrôlé dynamiquement grâce au déplacement vertical de la membrane grâce à un actionnement électrothermique. La géométrie du MOEMS a été optimisée à l'aide notamment de simulations électro-thermo-mécaniques pour minimiser l'énergie de commande et fiabiliser les dispositifs. Nous avons ensuite développé l'ensemble des briques technologiques pour la fabrication collective de ce dispositif sur des matrices de VCSELs. En particulier, une technique originale de transfert thermique doux de films secs photosensibles épais a été mise au point au moyen d'un équipement de nano-impression, pour permettre un dépôt uniforme et précis sur des substrats fragiles ou de faible taille. En outre, nous avons développé un procédé simple et totalement planaire pour la fabrication du MOEMS et optimisé un procédé de dépôt par jets d'encre pour l'intégration finale des microlentilles, avec la possibilité de choisir la distance focale la plus adaptée à la fin du process. La caractérisation des microsystèmes que nous avons réalisés a conduit à l'obtention de déplacements mécaniques de 8µm pour seulement 12.5mW appliqués, ce qui constitue une validation de nos résultats de modélisation. Enfin, des premiers résultats de focalisation dynamique du faisceau VCSELs sont présentés
This thesis deals with the study and the fabrication of a novel type of polymer MOEMS (Micro Optical Electrical Mechanical Systems) to achieve passive or active beam shaping of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). To improve the photonic integration of these compact laser sources in optical communication and detection systems (sensors, biomedical analysis), we designed a polymer-based optical microsystem that is suitable with a post-processing integration on VCSELs. Its operation principle is based on the out-of-plane displacement of a suspended SU-8 membrane including a polymer refractive microlens at its surface. Thanks to electro-thermal actuation, the vertical displacement of the membrane allows to dynamically modify the microlens-source distance and leads to a vertical shift of the laser beam waist position. MOEMS actuation power and reliability were optimized owing to a comprehensive tri-dimensional thermo-electro-mechanical model that takes into account SU-8 material properties and precise geometry of the device. Technological steps necessary for the collective fabrication of such MOEMS on VCSELs arrays were also developed. In particular, we report on a new photoresist film transfer method we developed to achieve a highly uniform fabrication of high aspect ratio MOEMS on small-sized or fragile samples such as GaAs-based VCSELs wafers. This method that we call "soft thermal printing" is based on the use of a thermal nano-imprint set-up. Moreover, a simple and planar process for MOEMS fabrication was successfully tested. A dedicated inkjet printing process for drop-on-demand deposition of the microlens on the membrane center was also developed. Finally, the fabricated MOEMS were characterized. A vertical displacement as high as 8µm was observed for only 12.5mW applied, in good agreement with our 3D modeling results and first results on 850nm VCSEL dynamic beam focusing were obtained, demonstrating the interest of our approach

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Vermeulen, Pierre. "Microscopie à illumination structurée et optique adaptative pour l'imagerie de fluorescence 3D dynamique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00777094.

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Abstract:

Les récentes avancées en microscopie de fluorescence (augmentation de résolution spatiale, correction des aberrations induites par l'échantillon...) ouvrent de nombreuses perspectives en imagerie biologique. Mais pour que ces techniques se répandent, il est nécessaire de réduire les contraintes qu'elles imposent sur la préparation des échantillons, sur les sondes fluorescentes, sur la complexité de mise en oeuvre ou la cadence d'acquisition. Pendant ma thèse, j'ai travaillé sur le développement et l'amélioration de quelques-unes de ces techniques. Dans un premier temps, deux systèmes d'illumination structurée ont été réalisés dans le but d'accélérer la cadence de réalisation de coupes optiques pour l'observation d'échantillons épais vivants. Une deuxième partie de mon travail a concerné la mise en place d'une nouvelle approche de reconstruction en illumination structurée afin de dépasser la limite de résolution imposée par le microscope. Cet outil permet de réduire le nombre d'images requises pour la reconstruction d'une image super-résolue, ce qui ouvre la voie à une augmentation de la cadence de réalisation de ces images. Un montage d'optique adaptative a également été développé afin de corriger les aberrations introduites par les échantillons épais, permettant une amélioration des capacités d'imagerie en profondeur. L'accent a été mis sur la protection de l'échantillon, grâce à l'utilisation de billes fluorescentes pour déterminer la correction à appliquer sans illuminer l'échantillon. Enfin, un instrument de mesure du rendement quantique de fluorescence dédié à la caractérisation de fluorophores infrarouges a été mis en oeuvre afin de pallier les limitations des méthodes de mesure classiques dans le proche infrarouge.

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Morgado, Brajones Javier. "OPTO-MECA-SPIM : imagerie dynamique et interactive de phénomènes mécanobiologiques dans les tissus." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30252.

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Abstract:

Les modèles en 3D occupent une place de plus en plus importante en biologie cellulaire car ils offrent de nombreux avantages pour la compréhension des processus physiopathologiques. La microscopie à feuille de lumière et plus particulièrement, le Selective Plane Illumination Microscope (SPIM), un de ses variants, représente un outil de choix pour observer et imager avec une haute résolution spatio-temporelle ces structures assimilées à des tissus (TM). Bien que le SPIM est un outil puissant, il souffre de phénomènes tels que la diffusion, l'absorption et les aberrations optiques qui limitent la profondeur à laquelle une imagerie utile peut être réalisée. L'optique adaptative (AO), de plus en plus utilisée dans le domaine de la microscopie, est une technique capable d'améliorer la qualité d'imagerie en profondeur en corrigeant les aberrations optiques introduites par l'échantillon. Pour ce travail de thèse, j'ai implémenté dans un SPIM un système d'AO capable de corriger les aberrations dans les TMs optiquement épais tels que les sphéroïdes tumoraux multicellulaires (MCTS). Un capteur de front d'onde de type Shack-Hartmann (SHWFS) à haute sensibilité a été développé à façon afin de permettre la reconstruction du front d'onde à partir de la faible quantité de lumière produite par l'étoile guide non linéaire utilisé dans notre système. Au cours de ce travail, j'ai tout d'abord caractérisé les performances de ce SHWFS et évalué la capacité du système à corriger les aberrations dans diverses conditions, y compris à l'intérieur de TMs. J'ai observé des améliorations sans précédent de la qualité d'image en profondeur des MCTS, en termes de détails et de résolution haute-fréquence. Grâce à ces corrections, j'ai pu mettre en évidence des évènements biologiques tels que des mitoses non visibles sans corrections. Les " up converting " nanoparticules (UCNP) sont des particules de terres rares capables d'émettre une lumière d'une longueur d'onde plus courte que celle de l'éclairage lorsqu'elles sont illuminées. Les étoiles guides en UCNP sont particulièrement intéressantes en raison de la possibilité qu'elles soient excitées dans l'infrarouge proche tout en émettant de la lumière visible, ce qui réduit le photodommage produit par l'éclairage. La possibilité d'utiliser des UCNP comme étoiles guides dans des échantillons biologiques a été explorée dans cette thèse
In recent years, tissue mimics (TMs) such as microtissues, spheroids, and organoid cultures have become increasingly important in life-science research, as they provide a physiologically relevant environment for cell growth, tissue morphogenesis, and stem cell differentiation. Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM) is one of the most prominent microscopy modalities for three-dimensional tissue imaging, and a sine qua non tool to understand cell biology in TMs. However, while SPIM is regarded as a very powerful tool for TM imaging, optical microscopy suffers from certain limitations when imaging 3D samples. Indeed, scattering, absorption and optical aberrations limit the depth at which useful imaging can be done, typically no more than 100 µm. Adaptive Optics (AO) is a technique capable of improving image quality at depth by correcting the optical aberrations introduced by the sample which is seeing increasing use in fluorescence microscopes. For this thesis, I have incorporated a wavefront sensor AO scheme to SPIM, able to correct aberrations in optically thick TMs such as multi-cellular tumor spheroids (MCTS). Due to the low amount of light produced by non-linear guide stars such as the one used in our system, a custom high-sensitivity Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS) was developed for our needs. In this work, I characterize the performance of this SHWFS and the ability of our system to correct aberration in various conditions, including inside TMs. I show unprecedented image quality improvements for in-depth imaging of MCTS, in regard of high-frequency detail and resolution. This allowed us to identify biologically relevant features at depths inaccessible to conventional SPIM. Up-converting nanoparticles (UCNP) are rare-earth based particles that are able to undergo photon up-conversion when illuminated, emitting light of a shorter wavelength than that of the illumination. Guide stars made from UCNP are especially attractive due to the possibility of them being excited in the near-infrared while emitting visible light, reducing photodamage produced by the illumination light. The viability of using UCNP as guide stars in biological samples in explored in this thesis

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Koch, Edouard. "Étude morphométrique des artérioles rétiniennes chez l’homme par imagerie a haute résolution Imagerie des artérioles rétiniennes par optique adaptative, faisabilité et reproductibilité Morphometric analysis of smallarteries inthehuman retinausingadaptive optics imaging: relationshipwith bloodpressure and focalvascularchanges." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS418.

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Abstract:

Les petites artères (i.e. diamètre inférieur à 150µm), dites artères résistives sont essentielles à la régulation de la distribution du flux sanguin. Ces vaisseaux sont modifiés au cours de nombreuses affections, dont en particulier l'hypertension artérielle qui entraine un épaississement de leur paroi. Jusqu’à une période récente, l’observation directe des vaisseaux rétiniens n’était pas possible chez l’homme. A la suite de la découverte par notre équipe de la possibilité de visualiser la paroi des vaisseaux rétiniens chez l’homme grâce à une technologie d’imagerie utilisant l’optique adaptative (OA), nous avons étudié la morphométrie vasculaire rétinienne humaine normale et pathologique. Pour cela, des protocoles cliniques originaux ont été mis en place, en collaboration avec des informaticiens, des ophtalmologistes et des cardiologues. Après avoir contribué à élaborer un logiciel de segmentation d’image pour en extraire des données quantitatives sur la morphométrie vasculaire rétinienne, nous avons mené des études cliniques prospectives observationnelles, transversales et longitudinales. Ce travail nous a permis de valider une méthodologie de mesure de paramètres relatifs à la structure microvasculaire, et d’étudier ses variations au cours de l'HTA et lors des pathologies focales (croisement artérioveineux, rétrécissement artériolaire focal). Nous avons pu démontrer que la variabilité du rapport paroi-lumière des artères rétiniennes (WLR) était corrélée pour 43% à la pression artérielle mesurée en consultation et dans une moindre mesure à l’âge. Ce remodelage est eutrophique (i .e. sans augmentation de la quantité du matériau pariétal). L’observation des rétrécissements focaux artériels nous a permis de constater une diminution du diamètre interne sans épaississement pariétal et dans certains cas une disparition du rétrécissement focal, ce qui laisse supposer que ces rétrécissements artériels sont dûs à une vasoconstriction localisée. Enfin, nous avons démontré que des anomalies veineuses se produisent à proximité des artères sans contact direct avec celles-ci, suggérant l’existence d’un effet indirect de la proximité entre artère et veines sur la morphologie veineuse. Chez les diabétiques, l’équipe de Xavier Girerd avec notre concours a démontré l’existence d’un remodelage hypertrophique (augmentation de la quantité du matériau pariétal avec réduction de la lumière et épaississement pariétal). Chez des patients présentant un infarctus cérébral à la phase aiguë, nous n’avons pas mis en évidence de corrélation entre le WLR et le score de Fazekas, reflétant le degré de leucoaraïose; le WLR lui-même n'étant pas significativement modifié par rapport à une population contrôle. Nous avons également étudié la dynamique de la vasomotricité rétinienne. Au travers de différents stimuli vasoconstricteurs (oxygène, froid) et vasodilatateurs (stimulation lumineuse intermittente, traitement hypotenseur), nous avons documenté les modifications correspondantes de calibre des petites artères et des veines. La stimulation lumineuse intermittente apparaît comme la méthode la plus prometteuse, en raison de sa simplicité et de son acceptabilité. En conclusion, par ce travail, nous avons exploré de nouvelles méthodes d’étude in vivo de la circulation rétinienne humaine. Un large champ d’études cliniques s’ouvre dans le domaine du phénotypage de la microcirculation. Les futurs travaux pourront s'orienter vers une meilleure prédiction du risque de lésion organique, vers le suivi du traitement hypotenseur et vers le rôle des modifications induites par le diabète dans la survenue de la rétinopathie diabétique
Small arteries (i.e. diameter less than 150μm), so-called resistive arteries, are essential for regulating the distribution of blood flow. These vessels are modified during many conditions, including arterial hypertension which causes a thickening of their wall. Until recently, direct observation of retinal vessels was not possible in humans. Following the discovery by our team of the possibility of visualizing the wall of the retinal vessels in humans using an imaging technology using adaptive optics (OA), we studied normal and pathological human retinal vascular morphometry. For this, original clinical protocols have been implemented, in collaboration with computer scientists, ophthalmologists and cardiologists. After contributing to the development of image segmentation software to extract quantitative data on retinal vascular morphometry, we conducted prospective, observational, cross-sectional and longitudinal clinical studies. This work enabled us to validate a methodology for measuring parameters related to the microvascular structure, and to study its variations during hypertension and during focal pathologies (arteriovenous nicking, focal arteriolar narrowing). We were able to demonstrate that the variability of the retinal artery wall-to-lumen ratio (WLR) was 43% correlated with the blood pressure measured in consultation and to a lesser extent at age. This remodeling is eutrophic (i.e. without increasing the amount of the parietal material). The observation of focal arterial narrowing revealed a decrease in the internal diameter without parietal thickening and in some cases a disappearance of the focal narrowing, which suggests that these arterial narrowing are due to localized vasoconstriction. Finally, we have demonstrated that venous abnormalities occur near the arteries without direct contact with them, suggesting the existence of an indirect effect of the proximity between artery and veins on venous morphology. In diabetics, the team of Xavier Girerd with our contribution has demonstrated the existence of hypertrophic remodeling (increase in the amount of parietal material with reduction of light and parietal thickening). In patients with acute cerebral infarction, we found no correlation between the WLR and the Fazekas score, reflecting the degree of leukoaraiosis; the WLR itself is not significantly modified relative to a control population. We also studied the dynamics of retinal vasomotricity. Through various vasoconstrictor stimuli (oxygen, cold) and vasodilators (intermittent light stimulation, hypotensive treatment), we have documented the corresponding changes in caliber of small arteries and veins. Intermittent light stimulation appears to be the most promising method because of its simplicity and acceptability. In conclusion, through this work, we explored new methods of in vivo study of human retinal circulation. A broad field of clinical studies is opening up in the field of phenotyping microcirculation. Future work may be directed towards a better prediction of the risk of organic lesion, towards the follow-up of the hypotensive treatment and towards the role of the modifications induced by the diabetes in the occurrence of the diabetic retinopathy

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Chebbo, Manal. "Simulation fine d'optique adaptative à très grand champ pour des grands et futurs très grands télescopes." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4733/document.

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Abstract:

La simulation fine de systèmes d'OA à grand champ de type MOAO ou LTAO pour l'ELT se heurte à deux problématiques: l'augmentation du nombre de degrés de liberté du système. Cette augmentation rend les codes de simulation classiques peu utilisables, en particulier en ce qui concerne les processus d'inversion et de calcul matriciel. La complexité des systèmes, combinant EGL et EGN, grands miroirs déformables couvrant tout le champs et des miroirs dédiés dans les instruments eux mêmes, des rotations différentielles de pupille et ou de champs. Cette complexité conduit aux développements de procédures nouvelles d'étalonnage, de filtrage et fusion de données, de commande distribuée ou globale. Ces procédures doivent être simulées finement, comparées et quantifiées en termes de performances, avant d'être implantées dans de futurs systèmes. Pour répondre à ces deux besoins, le LAM développe en collaboration avec l'ONERA un code de simulation complet, basé sur une approche de résolution itérative de systèmes linéaires à grand nombre de paramètres (matrices creuses). Sur cette base, il incorpore de nouveaux concepts de filtrage et de fusion de données pour gérer efficacement les modes de tip/tilt/defocus dans le processus complet de reconstruction tomographique. Il permettra aussi, de développer et tester des lois de commandes complexes ayant à gérer un la combinaison du télescope adaptatif et d'instrument post-focaux comportant eux aussi des miroirs déformables dédiés.La première application de cet outil se fait naturellement dans le cadre du projet EAGLE, un des instruments phares du futur E-ELT, qui, du point de vue de l'OA combinera l'ensemble de ces problématiques
Refined simulation tools for wide field AO systems on ELTs present new challenges. Increasing the number of degrees of freedom makes the standard simulation's codes useless due to the huge number of operations to be performed at each step of the AO loop process. The classical matrix inversion and the VMM have to be replaced by a cleverer iterative resolution of the Least Square or Minimum Mean Square Error criterion. For this new generation of AO systems, concepts themselves will become more complex: data fusion coming from multiple LGS and NGS will have to be optimized, mirrors covering all the field of view associated to dedicated mirrors inside the scientific instrument itself will have to be coupled using split or integrated tomography schemes, differential pupil or/and field rotations will have to be considered.All these new entries should be carefully simulated, analysed and quantified in terms of performance before any implementation in AO systems. For those reasons i developed, in collaboration with the ONERA, a full simulation code, based on iterative solution of linear systems with many parameters (sparse matrices). On this basis, I introduced new concepts of filtering and data fusion to effectively manage modes such as tip, tilt and defoc in the entire process of tomographic reconstruction. The code will also eventually help to develop and test complex control laws who have to manage a combination of adaptive telescope and post-focal instrument including dedicated DM

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Fauvarque, Olivier. "Optimisation des analyseurs de front d'onde à filtrage optique de Fourier." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0257/document.

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Abstract:

L'Europe prépare actuellement le plus grand télescope du monde : l'European Extremely Large Telescope (E-ELT). Prévu vers 2026, ce télescope géant permettra de répondre à des questions fondamentales de l'astrophysique contemporaine. L'imagerie d'objets astrophysiques depuis des télescopes au sol est cependant perturbée par l'atmosphère qui réduit la capacité des instruments au sol à distinguer les objets proches. L'Optique Adaptative (OA) permet de restaurer cette résolution angulaire en corrigeant en temps réel (via un miroir déformable) le front d'onde perturbé par l'atmosphère (mesuré par l'Analyseur de Surface d'Onde (ASO)). Jusqu'à récemment, la majorité des systèmes d'OA utilisaient des ASO Shack-Hartmann (SH). Des concepts concurrents basés sur le filtrage optique de Fourier (le senseur Pyramide ou l'analyseur Zernike) viennent cependant d'être mis en fonctionnement et leurs résultats semblent surpasser les performances du SH. En vue de leur potentielle utilisation sur les ELTs, cette thèse vise à consolider leur compréhension théorique ainsi qu'à optimiser ces ASO basés sur le filtrage de Fourier. Cette thèse développe un cadre mathématique qui décrit sous un unique formalisme ces ASO. Il permet de généraliser les designs préexistants -passant ainsi d'ASO uniques à des "classes d'ASO"- en transformant leurs grandeurs caractéristiques à l'origine fixées en degrés de liberté. Les classes Pyramide et Zernike sont donc explorées dans le but d'optimiser ces ASO au regard des attentes expérimentales. Des configurations inédites de la classe Pyramide -ASO que l'on appelle Pyramides aplaties- s'avèrent notamment prometteuses et font l'objet d'une étude plus poussée
Europe is currently preparing the largest telescope of the world: the European Extremely Large Telescope (E-ELT). Planned by 2026, this huge telescope will allow to answer fundamental questions of contemporary astrophysics. However, images of astrophysical objects done by ground based telescopes suffer from the atmospheric turbulence which reduces the capacity of instruments to distinguish objects too close to each other. The Adaptive Optics (AO) allows to restore this loss of angular resolution by correcting (thanks to a deformable mirror) in real time the perturbed wave front (measured by the WaveFront Sensor (WFS)).Until very recently, the majority of AO systems had used the Shack-Hartmann (SH) WFS. New concepts based on Fourier filtering (the Pyramid or the Zernike WFSs) have however just been put in operation in several professional observatories and their results seem to outperform the SH. Since they would potentially be chosen for the AO systems of the future ELTs, this thesis aims to consolidate their theoretical understanding and to optimize these Fourier based WFSs.We firstly develop a mathematical framework which describes all these WFSs under an unique formalism. It allows to generalize the pre-existent designs -a WFS thus becomes a "WFS class"- by considering their optical parameters as flexible quantities. We then explored the two Pyramid and Zernike classes to identify the influence of class' parameters on performance criteria in order to optimize optical designs with regard to the instrumental requirements. New configurations of the Pyramid class -that we called Flattened pyramids- show promising behaviors and are studied in details

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Juvénal, Rémy. "Modélisation et commande pour les optiques adaptatives des VLT et ELT : de l'analyse de performance à la validation ciel." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLO007/document.

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Abstract:

L'optique adaptative a révolutionné l'imagerie astronomique en permettant de corriger en temps réel les déformations du front d'onde introduites l'atmosphère, et d'atteindre la limite de diffraction des télescopes. Plus récemment, différentes modalités d'optique adaptative grand-champ ont permis de repousser les limites d'utilisation de ces instruments, compensant l'anisoplanétisme de l'atmosphère, et la faible couverture du ciel. L'asservissement de ces systèmes est sans aucun doute un point clé pour améliorer encore les performances de ces systèmes, pour ainsi converger vers les programmes scientifiques des futurs ELT.Le premier objectif de ces travaux de thèse est de définir un outil général d'analyse de performance, permettant de comparer, sous la forme de budgets d'erreur, différents régulateurs linéaires. Ceci permet d'améliorer les instruments actuels, ou de faire des choix dans la conception des futurs instruments des ELT. Pour cela, un formalisme d'analyse fréquentielle est développé dans le cadre de l'optique adaptative classique, et étendu au cas grand-champ. On montre que cet outil permet aussi bien de décomposer les performances calculées en simulation qu'à partir de données télémétriques enregistrées sur le ciel. De nouvelles stratégies de commande, basées sur de nouveaux modèles de perturbation sont proposées, et leur apport en performance discuté au regard de leur budget d'erreur. Ces résultats ont servi à la caractérisation d'une commande LQG tip-tilt avec filtrage de vibration qui doit être intégrée à l'instrument d'optique adaptative multi-conjuguée GeMS, au Chili
Adaptive Optics (AO) systems have revolutionized ground-based astronomical imagery, allowing for real-time compensation of turbulence-induced deformations of the optical wavefront, and therefore allowing to reach the diffraction limit. More recently, wide-field AO modalities have been proposed to expand the operational range of instruments by compensating anisoplanatism and increase sky coverage. Controlling such systems is certainly a key issue to further improve their performance and to converge towards the goals of the ELTs science programs.The first objective of this thesis work is to define a general-purpose performance analysis tool, enabling to compare different linear controllers through their error budgets, in order to improve existing instruments or make choices in the design of future instruments. To achieve this aim, a frequency-domain formalism is developed for single-conjugated AO and extended to wide-field configurations. It is shown that this tool allows to decompose controller performance using either simulations or on-sky data. New control strategies based on new disturbance models (turbulence, vibrations...) are proposed, and the improvement in performance is discussed based on their error budget. Furthermore, these results contributed to characterize an LQG controller with vibration mitigation that is to be integrated in the tip/tilt loop of the multi-conjugate AO system GeMS, at Gemini South Observatory, in Chile

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Meilard, Nicolas. "Etoile Laser Polychromatique pour l’Optique Adaptative : modélisation de bout-en-bout, concepts et étude des systèmes optiques." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10107/document.

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Abstract:

L’étoile laser polychromatique (ELP) fournit la référence de phase à une optique adaptative (OA)pour corriger les surfaces d’onde turbulentes, y compris leur pente. L’ELP, générée dans la mésosphère parune excitation résonnante à deux photons du sodium, repose sur la déviation chromatique des images. Uneimagerie dans le visible devient possible, et est indispensable pour 80% des programmes astrophysiquesprioritaires de l'E-ELT.L’ELP requiert un écart-type des mesures de position 26 fois inférieur au cas classique. Cela m’a amené àétudier le projecteur laser interférométrique. J’ai mis au point un correcteur de base polychromatique pourégaliser la période des franges et un correcteur de phase pour compenser la réfraction atmosphérique. J’aiétudié l'optique de mesure des franges, et de séparation entre l'ELP et l’objet observé.La précision requise m’a conduit à étudier dans quelles conditions l’algorithme du maximum devraisemblance tend vers la borne de Cramér-Rao.J’ai également développé un modèle numérique de bout en bout pour simuler l’ELP depuis les lasersjusqu’à la mesure du rapport de Strehl. Je montre que pour un VLT, les rapports de Strehl sont supérieurs à40% à 500 nm sans étoile de référence, en prenant une OA qui aurait donné 50% instantané (Strehl depente : 80%). Une approche analytique valide ces résultats.Enfin, j’aborde l’application de l’ELP aux télécommunications interplanétaires et à la destruction des débrisorbitaux
The polychromatic laser guide star (PLGS) provides adaptive optics (AO) with a phase referenceto correct corrugated wavefronts, including tip tilt. It relies on the chromatic dispersion of light returnedfrom the 2-photon resonant excitation of sodium in the mesosphere. Diffraction limited imaging in thevisible then becomes possible. This is mandatory for 80% of the prominent astrophysical cases for the EELT.A PLGS requires standard deviations of position measurements 26 times less than in classical cases. Thus Ihave studied the interferometric laser projector. I have designed a polychromatic base corrector to equalizethe fringe periods, a phase corrector to compensate atmospheric refraction and the optics for fringemeasurements and for keeping apart the PLGS from the science target images.The required accuracy leads me to study how the maximum likelihood algorithm approaches the Cramer-Rao bound.I have written an end-to-end code for numerical simulations of the PLGS, from the lasers to the Strehlmeasurement. I get for the VLT Strehl ratios larger than 40% at 500 nm if one uses an AO providing us a50% instantaneous Strehl (tip tilt Strehl : 80%). An analytical model validates these results.Finally I address the application of the PLGS to deep space communications and to space debris clearing

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Marsset, Michaël. "Etude de la composition de surface et de la structure interne des petits corps du système solaire riches en éléments volatils." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4725.

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Abstract:

Les petits corps du système solaire riches en volatiles incluent plusieurs populations d’objets : les astéroïdes de la ceinture principale, les astéroïdes troyens des planètes géantes, les objets trans-neptuniens (OTNs) et les comètes. Au cours de ces dernières années, l'’idée que leur position actuelle résulte de migrations orbitales plutôt qu’elle ne reflète leur région de formation a progressivement émergée. Spécifiquement, certains astéroïdes pourraient être des comètes, et certaines comètes pourraient être des OTNs. Je présente ici les travaux réalisés au cours de ma thèse pour contraindre la composition (minéralogie de surface et structure interne) de ces différentes populations afin i) de déterminer les liens qui les unissent, ii) comprendre leurs migrations passées et donc, iii) apporter de nouvelles contraintes aux modèles dynamiques décrivant la formation et l’évolution de notre système solaire. À cet effet, j’ai principalement utilisé comme méthode d’analyse l’observation spectroscopique, ainsi que la modélisation des données obtenues et leur comparaison aux données spectrales de météorites et poussières cosmiques étudiées en laboratoire
The icy small bodies of our solar system encompass several populations of objects : the main belt asteroids, the giant planets Trojans, the Trans-Neptunian Objects (TNOs) and the comets. During recent years, the idea that their present location is the result of orbital migrations rather than their true formation location has progressively emerged. Specifically, some asteroids could be comets, and some comets could be TNOs. Here, I present the studies carried out along my PhD aiming to constrain the physical properties of all these populations in order ultimately i) to determine the link between these populations, ii) bring key constraints to their past orbital evolution and thus iii) key constraints to the formation and evolution models for our Solar System. For that purpose, I have used spectroscopy as a main tool, as well as data modelling using a radiative transfert code and comparison of our astronomical data to laboratory measurements of meteorites and cosmic dust

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Abelard, Clément. "Micro modulateur spatial de lumière transmissif pour modulation de phase et d’amplitude." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT092/document.

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Abstract:

Le LETI possède un savoir-faire permettant de réaliser des micro modulateurs spatiaux de lumière (Spatial Light Modulators, SLMs) réalisés en technologie microélectronique sur silicium, ayant des très grandes résolutions et de très petits pas de pixels. Le LETI souhaite utiliser une technologie LCD particulière (la technologie IPS) dont d’une part les performances électro-optiques dans le domaine des micro-écrans ne sont pas connues mais d’autre part permet de garder des coûts réduits et de réduire le nombre d’étapes de fabrication. L’objectif de cette thèse est d’évaluer sur la base de simulations puis de réalisations techniques, les performances d’un micro-SLM IPS utilisé en modulation de phase et d’amplitude.Les recherches effectuées au cours de cette thèse portent sur 4 axes d’études. Le premier axe consiste à la recherche et à l’essai d’un logiciel spécifique (LCDMaster) permettant de simuler des cellules à cristaux liquides ainsi que des électrodes flottantes. Le second axe consiste à étudier en fonction du design du pixel et des différents modes d’alignements des cristaux liquides (Homogène, vertical et twisté) avec un pilotage de type IPS, les performances en modulation de phase. Les meilleurs résultats sont obtenus pour un alignement vertical fournissant un déphasage de 2 Pi. De plus, les performances d’un dispositif d’optique adaptative intégrant le SLM étudié ont été investiguées. Le troisième axe d’étude, consiste avec le même logiciel à investiguer sur les performances d’un SLM à cristaux liquide avec un pilotage de type IPS utilisant un alignement homogène en modulation d’amplitude (étude statique et dynamique). Cette étude permet également d’étudier les possibilités de diminution du temps de réponse de la cellule. Cette étude a aboutie à deux designs de SLM. Le premier design avec deux niveaux d’électrodes séparés par un isolant permettant de reproduire un effet type « cage de faraday ». La seconde a permis de diminuer de manière drastique le temps de réponse. Le quatrième axe de recherche consiste à tester des prototypes basés sur ces deux designs pour vérifier les performances obtenues en simulation grâce à un banc de caractérisation électro-optique. Des résultats concordants ont étés obtenus et de nouveaux types de SLM à pilotage IPS proposant un temps de rafraichissement rapides se rapprochant de l’état de l’art ont donc pu être désignés et caractérisés
LETI possesses an expertise allowing to realize Spatial Light Modulators (SLMs) made in microelectronic technology on silicon, having very high resolutions and very small pixel steps. LETI wishes to use a specific LCD technology (IPS technology), on the one hand the electro-optical performances in the field of micro-display had to be investigated but on the other hand allows to keep costs down and reduce the number of manufacturing steps. The objective of this thesis is to evaluate on the basis of simulations and technical achievements, the performance of a micro-SLM IPS used in phase modulation and amplitude.Our investigations have been carried out on four major areas of study. The first axis is the search and testing of a specific software (LCDMaster) to simulate liquid crystal cells and floating electrodes. The second axis according to different designs of pixel and the different liquid crystal alignment modes (Homogeneous, vertical and twisted) with an IPS type control, to investigate the performances in modulation phase. The best results were obtained for a vertical alignment providing a phase shift of 2π. In addition, the performance of an adaptive optics device integrating the studied SLM has been investigated. The third axis of study focused on the performance investigation of a liquid crystal SLM with an IPS-type control using a homogeneous alignment in amplitude modulation (static and dynamic study). This study also makes it possible to study the possibilities of reducing the response time of the cell. It resulted in two SLM designs. The first design with two levels of electrodes separated by an insulator to reproduce a Faraday type effect. The second has drastically reduced the response time. The fourth area of research consists in testing prototypes based on these two designs to validate the performances obtained in simulation. Concordant results have been obtained and new types of IPS-controlled SLMs with state-of-the-art refreshing times have thus been designated and characterized

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Rameau, Julien. "Caractérisation de la population de planètes géantes à grandes séparations. Imagerie différentielle avec NaCo et SPHERE au VLT." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY051/document.

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Abstract:

La formation, l’évolution et la structure des planètes géantes font parties des grandesproblématiques de l’astrophysique moderne. Les planète géantes ont un rôle majeur carelles possèdent la plupart de la masse des systèmes planétaires et donc influencent leursévolutions dynamiques. Mon travail de thèse s’inscrit dans une démarche observationnellequi est essentielle pour apporter des contraintes sur la diversité des systèmes exoplanétaires.Mes premiers résultats de thèse sont issus d’une campagne d’observations sur trois ansréalisées avec l’instrument NaCo au VLT. Mes observations de HD142527 excluent laprésence d’une planète géante dans le disque et favoriseraient plutôt un système multiplede faible masse pour expliquer les structures de ce disque de transition. J’ai égalementdétecté une planète géante autour de HD95086. Cette planète possède des propriétés atmosphériquesparticulières. Sa présence fait de HD95086 un rare exemple de systèmesimagés possédant un disque de débris et une planète géante. Enfin, j’ai réalisé une étudestatistique sur l’ensemble du relevé et montré que les planètes géantes sur des orbiteséloignées sont rares (10 − 20 %) et ne peuvent pas s’être formées majoritairement pareffondrement direct du gaz dans un disque instable.La dernière partie de mon travail de thèse a été consacrée à l’étude du mode d’imageriedifférentielle simultanée spectrale. J’ai identifié les biais particuliers liés à la réductionde ce type de données et ai montré que leurs analyses nécessitent l’utilisation de modèlesd’évolution. Cette étude permettra d’exploiter les données de l’instrument IRDISde SPHERE installé au VLT
How giant exoplanet form, evolve and are made of is one of the biggest challenge of modernastronomy. They play an important role as they carry most of the planetary systemmasses. Therefore, they strongly impact their dynamics and the fate of these systems tohost life. My PhD thesis falls within an observational approach that is mandatory to bringconstraints on the diversity of planetary systems.I got my first results from a three-year survey, with NaCo at VLT. My observations ofHD142527 excluded the presence of massive giants planets to explain the structures of thistransitional disk and might favor a light multiple system. I also detected a giant planetaround HD95086 and I showed that it has particular atmospheric properties. Finally, Icarried out a statistical analysis of the whole survey to show that giant planets on wideorbitsare rare (10 − 20 %) and could not be formed via direct collapse of unstable disks.I dedicated the last part of my work to investigate the spectral simultaneous differentialimaging mode. I pointed out the biases associated to the reduction of these data andshowed that evolutionary models have to be used to analyze them. This study might helpto exploit the full potential of SPHERE/IRDIS data

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Pedrazzani, Mélanie. "Microscopie de fluorescence rapide et optique adaptative pour l'étude fonctionnelle tridimensionnelle in vivo des réseaux neuronaux impliqués dans la mémoire chez Drosophila melanogaster." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS226/document.

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Abstract:

L’utilisation de techniques de microscopie optique de plus en plus performantes a permis des avancées considérables en neurobiologie. Néanmoins, la population de neurones mise en jeu lors de la formation de la mémoire, ainsi que sa dynamique restent à ce jour très peu connues. L’objectif de la thèse est de développer puis d’utiliser deux types de microscopies originales couplées à des sondes fluorescentes de dernière génération (sondes calciques G-CaMP6f et sonde voltage ArcLight) pour l’étude in vivo des réseaux neuronaux impliqués dans la mémorisation chez la drosophile. Le choix du modèle Drosophila melanogaster pour cette étude neurobiologique est justifié par plusieurs atouts uniques : un cerveau peu volumineux, des capacités d’apprentissage remarquables, la possibilité d’analyser un réseau neuronal dans sa globalité avec une résolution cellulaire et la disponibilité d’outils génétiques très perfectionnés pour son étude. Le premier type de microscopie conçu est celui dite à illumination structurée de type HiLo permettant d'obtenir une coupe optique en profondeur. Nous avons alors étudié le rôle de divers récepteurs, tels que les récepteurs dopaminergiques et gabaergiques dans la transmission de l'information punitive jusqu'aux neurones des corps pédonculés. Nous avons également mis en évidence une non-homogénéité spatiale des neurones de type α/β des corps pédonculés en termes d’excitation et d’inhibition en réponse à une stimulation punitive pour une profondeur d’analyse d'environ 10 à 20 µm. Cette profondeur limite étant imposée par les aberrations, nous avons alors implémenté une boucle d’optique adaptative dans notre microscope. Cela a permis de réaliser des analyses morphologiques jusqu’à 50 µm de profondeur. Le second type de microscopie développé est la microscopie multiconfocale de type « spinning disk » dans le but d’imager l’ensemble des corps cellulaires des neurones des corps pédonculés. Le développement de ce projet n'est pas achevé, ce qui n’a pas encore permis de répondre à des questions biologiques d’intérêt
Cellular and neural network dynamics involved in memory formation remain poorly known despite the progress brought by advanced optical microscopies to neurobiology. The use of Drosophila melanogaster as a model organism constitute one of the most promising approaches due to its unique features: a small brain size, outstanding learning capabilities, very powerful genetic tools and the possibility to analyze a whole neural network with a cellular resolution. To this aim, we implemented two types of optical fluorescence microscopes coupled to cutting-edge fluorescent biosensors, calcic G-CaMP6f and voltage ArcLight probes. We used HiLo structured illumination, a technique able to provide axial optical sectioning, deep in the brain, to study the role of dopaminergic and gabaergic molecular receptors in the transmission of aversive stimulus to mushroom bodies neurons. We also evidenced a non-uniform response of type α/β mushroom bodies neurons under electrical stimulation at 10 to 20 µm depth of analysis. To penetrate deeper in the brain, we added an adaptive optics feedback loop into our microscope in order to overcome aberrations issues. We were then able to rebuild optical sections down to 50 µm depth. The second type of microscopy we developed is a multiconfocal microscope using spinning disk. The aim was to image all the mushroom bodies neurons, at the level of their cell bodies, with a cellular resolution. Since this project is at its beginning, it did not allow us to answer to advanced biological questions yet

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Girard, Julien. "Validation sur le ciel du concept d'étoile laser polychromatique." Lyon 1, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/10/96/00/PDF/these_girard.pdf.

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Abstract:

La turbulence atmosphérique baisse considérablement la résolution angulaire au foyer des grands télescopes terrestres. L'optique adaptative (OA) corrige les distorsions de front d'onde mesurées à l'aide d'une source de référence brillante à proximité de la ligne de visée. Dans le domaine du visible, la probabilité de disposer d'une étoile naturelle de référence est infime. L'étoile laser remédie à ce problème sauf pour la pente du front d'onde (ou tilt) qui demeure non corrigée. L'étoile laser polychromatique permettra l'utilisation de l'OA avec une couverture totale du ciel. Basée sur le chromaticité du tilt, il s'agit de créer une référence multicolore dans l'atmosphère et de mesurer le tilt différentiel à deux longueurs d'onde distinctes pour remonter au tilt lui-même. Dans cette thèse, je décris l'expérience ATTILA, conçue pour prouver la faisabilité de ce concept en conditions astronomiques. Des observations menées à l'Observatoire de Haute-Provence sur des étoiles naturelles ont permis d'établir la relation de proportionnalité entre le tilt et le tilt différentiel pour la première fois. Un suivi en temps réel montre une bonne corrélation entre les deux signaux. La précision de mesure obtenue sur la pente (environ une tache d'Airy) ouvre la voie pour le futur démonstrateur ELP-OA avec lasers. Ce travail a nécessité une caractérisation approfondie d'un détecteur pourvu de la récente technologie EMCCD ainsi que le développement et les tests de sismomètres pendulaires dédiés à la mesure des vibrations angulaires de télescope
The atmospheric turbulence affects image quality and causes angular resolution losses at the focus of large ground based optical telescopes. Real time adaptive optics (AO) corrects wave front distortions measured with at least one bright reference source located within a tiny isoplanatic angle from the science object. At visible wavelengths, the probability to find one such natural star is ridiculously small. The laser guide star (LGS) solves the problem but the overall wavefront slope (referred here as tilt) remains undetermined. The Polychromatic Laser Guide Star will allow the use of AO with full sky coverage. Based on the tilt chromaticity, a multicolor reference spot is created in the upper atmosphere and the differential tilt is measured between two wavelengths to retrieve the tilt itself. In the present thesis, I describe ATTILA, an experiment designed to prove the feasibility of the concept in astronomical conditions. Observations carried on at Observatoire de HauteProvence on natural stars allowed us to establish the proportionality law that links the tilt and the differential tilt for the first time. A temporal monitoring of the two signals shows a good correlation. The accuracy obtained on the slope (about one Airy disk ) let us be optimistic for the future full ELP-OA demonstrator with lasers. This work required an in-depth characterization of a detector featuring the novel EMCCD technology as well as the implementation and tests of pendular seismometers dedicated to measure telescope angular vibrations

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Doucet, Nicolas. "Design of an optimized supervisor module for tomographic adaptive optics systems of extremely large telescopes." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2019. http://www.theses.fr/2019UNIP7177.

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Abstract:

L'arrivée de la nouvelle génération de télescopes au sol, dénommés les télescopes extrêmement grands (ELT en anglais), marque l'avènement d'une ère de développement d'instruments capables d'exploiter la lumière collectée par des miroirs primaires de taille sans précédent. La communauté astronomique se trouve confrontée à des défis de taille ainsi qu'à des opportunités uniques. Ces défis surviennent avec la différence de complexité des instruments actuels et celle des instruments à venir, évoluant avec le carré du diamètre des télescopes. Les astronomes doivent donc concevoir des technologies permettant d'exploiter pleinement les capacités de ses futurs ELT, et notamment de compenser les effets de la turbulence atmosphérique en temps réel. Ce problème représente une opportunité dans la mesure où la communauté astronomique doit repenser des composants essentiels des systèmes optiques, ainsi que l'écosystème matériel/logiciel traditionnel afin d'assurer une performance optique élevée et un temps de calcul quasi-réel. Pour permettre d'utiliser ces instruments à leur plein potentiel, nous utilisons l'optique adaptative, qui recourt à la tomographie de la turbulence atmosphérique. Le module de supervision est un composant essentiel de ces systèmes calculant le reconstructeur tomographique du système, régulièrement, afin de tenir compte de l'évolution de la turbulence atmosphérique au cours de l'observation. Dans cette thèse, nous implémentons un module de supervision optimisé et évaluons ses performances dans des configurations correspondant au future ELT Européen, le plus grand télescope conçu aujourd'hui avec un diamètre de 40 m. Les calculs nécessaires font intervenir de grandes matrices (i.e., jusqu'à 100k x 100k), obtenues à partir des mesures de plusieurs analyseurs de surface d'onde. Afin de faire face à la complexité du problème, nous recourons à des logiciels de calcul haute performance, utilisant des algorithmes de calculs asynchrones, à granularité fine, ainsi que des techniques d'approximation exploitant la structure particulière des matrices. De plus, nous utilisons matériel et logiciel en conjonction afin d'assurer un temps de réponse acceptable pour suivre l'évolution de la structure de la turbulence atmosphérique. Nous démontrons la validité du module de supervision, à l'aide d'un outil de simulation tiers, à l'échelle des ELT, ouvrant la voie au premier prototype installé sur site
The recent advent of next generation ground-based telescopes, code-named Extremely Large Telescopes (ELT), highlights the beginning of a forced march toward an era of deploying instruments capable of exploiting starlight captured by mirrors at an unprecedented scale. This confronts the astronomy community with both a daunting challenge and a unique opportunity. The challenge arises from the mismatch between the complexity of current instruments and their expected scaling with the square of the future telescope diameters, on which astronomy applications have relied to produce better science. To deliver on the promise of tomorrow's ELT, astronomers must design new technologies that can effectively enhance the performance of the instrument at scale, while compensating for the atmospheric turbulence in real-time. This is an unsolved problem. This problem presents an opportunity because the astronomy community is now compelled to rethink essential components of the optical systems and their traditional hardware/software ecosystems in order to achieve high optical performance with a near real-time computational response. In order to realize the full potential of such instruments, we investigate a technique supporting Adaptive Optics (AO), i.e., a dedicated concept relying on turbulence tomography. In particular, a critical part of AO systems is the supervisor module, which is responsible for providing the system with a Tomographic Reconstructor (ToR) at a regular pace, as the atmospheric turbulence evolves over an observation window. In this thesis, we implement an optimized supervisor module and assess it under real configurations of the future European ELT (E-ELT) with a 40 m diameter, the largest and most complex optical telescope ever conceived. This necessitates manipulating large matrix sizes (i.e., up to 100k x 100k ) that contain measurements captured by multiple wavefront sensors. To address the complexity bottleneck, we employ high performance computing software solutions based on cutting-edge numerical algorithms using asynchronous, fine-grained computations as well as approximations techniques that leverage the resulting matrix data structure. Furthermore, GPU-based hardware accelerators are used in conjunction with the software solutions to ensure reasonable time-to-solution to cope with rapidly evolving atmospheric turbulence. The proposed software/hardware solution permits to reconstruct an image with high accuracy. We demonstrate the validity of the AO systems with a third-party testbed simulating at the E-ELT scale, which is intended to pave the way for a first prototype installed on-site

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Binding, Jonas. "Measurement and correction of aberrations in light and electron microscopy." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00827686.

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Abstract:

La diffraction constitue une limite fondamentale en microscopie, mais souvent cette limite n'est même pas atteinte. Des imperfections dans la formation d'image, appelées aberrations, peuvent être induites par le microscope ou l'échantillon. Un élément actif, dit correcteur, est intégré au chemin optique pour leur compensation. Les paramètres de ce correcteur doivent être déterminés sans dommage excessif pour l'échantillon. Il faut comparer le gain en signal et/ou en résolution avec cet endommagement, surtout pour des échantillons biologiques fragiles. En première partie de cette thèse je présente une modalité particulière de la microscopie par cohérence optique (nommé deep-OCM). Ce développement a permis la mesure exacte et in vivo de l'indice de réfraction moyen du cerveau du rat. Cette valeur implique que la microscopie bi-photonique est limitée par des aberrations optiques à partir d'une profondeur de 200 µm dans ce type d'échantillon. Le deep-OCM est bien adapté à l'imagerie de fibres nerveuses myélinisées. Des fibres individuelles peuvent être visualisées in vivo dans le cerveau à des profondeurs auparavant inaccessibles, supérieures à 300 µm. Dans la deuxième partie de cette thèse je présente le développement d'un autofocus et auto-stigmateur (nommé MAPFoSt) pour le microscope électronique à balayage qui permet d'assurer la qualité maximale des images lors d'un changement d'échantillon ou pendant des séries d'acquisitions de longue durée. MAPFoSt permet de déterminer avec précision les trois paramètres du focus et du stigmatisme en utilisant seulement deux images de test

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Barolle, Victor. "Approche matricielle de la tomographie à cohérence optique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLET012.

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Abstract:

Les techniques de microscopie interférométrique présentent une sensibilité aux aberrations qui limite leurs pouvoirs de résolution et de pénétration. Initialement développées en astronomie, des méthodes d'optique adaptative ont été transposées en microscopie afin de compenser les effets dues aux aberrations. Celles-ci reposent principalement sur la mesure du front d'onde et sur la correction en boucle fermée des aberrations à l'aide de dispositifs de contrôle du front d'onde. Ces méthodes sont toutefois limitées par les cadences de mesure et de correction, et ne peuvent compenser que des aberrations d'ordres peu élevés.L'objectif de cette thèse est de proposer une approche matricielle innovante reposant sur l'étude d'un nouvel opérateur, la matrice distorsion, permettant de quantifier localement les paramètres liés aux aberrations et à la diffusion, et de corriger les aberrations sur l'ensemble du champs de vision. En parallèle, nous présentons un formalisme mathématique permettant d'expliquer la manifestation des aberrations en OCT plein champ et étendons le champ d'application de la méthode matricielle à de vastes champs de vision au moyen d'un dispositif expérimental de mesure de la matrice de réflexion inspiré de cette technique d'imagerie
Interferometric techniques of microscopy display sensitivity to aberrations affecting both resolution and depth of imaging. Formerly introduced in astronomy, different methods of adaptive optics have been applied to microscopy in order to compensate for these effects. Most of them rely on the measurement of the wave front and on a close-loop correction of the aberrations using wave-front control devices. These methods are nevertheless limited by the rates of measurement and correction and can only compensate for low-order aberrations.The purpose of this thesis is to present an innovative matrix approach relying on the analysis of a new operator, the distorsion matrix, allowing to locally quantify the scattering and aberration parameters, and to compensate for the aberrations over the whole field of view. Besides, we introduce a mathematical formalism in order to describe the effects of aberrations in full-field OCT and we extend the scope of the matrix approach to very large fields of view thanks to an experimental setup of reflection matrix measurement inspired by this technique of imaging

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Bourget, Pierre. "Coronographie à masque adaptatif pour imagerie et détection à haute dynamique." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4375.

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Abstract:

L’imagerie à très haute dynamique s’applique à de nombreux domaines de recherche en astronomie et astrophysique. Cette problématique observationnelle est abordée sur plusieurs fronts par de nombreuses techniques complémentaires : coronographie, interferométrie, optique adaptative, controle de front d’onde et discrimination des speckles. La combinaison de celles ci permet d’atteindre un haut contraste avec pour ultime objectif l’imagerie d’exoplanètes et l’étude de l’environnement stellaire. Le travail présenté dans ce manuscrit se focalise sur la coronographie et plus particulièrement sur l’optimisation active du procedé d’occultation en fonction du contexte observationnel.La première partie de cette recherche traite de l’observation d’objets résolus par le développement d’un masque focal de Lyot de diamètre variable. La deuxième partie s’applique à étendre le concept du masque focal adaptatif au masque de phase de type Roddier pour l’observation de l’environnement proche d’objets non résolus. L’utilisation des propriétés des cristaux liquides permet de réaliser un déphasage par rotation de polarisation et une modulation de transmission à l’extérieur du masque. Cette modulation permet un controle actif d’optimisation de l’interférence pour une adéquation du masque au contexte observationnel : longueur d’onde, morphologie d’image et défauts intrinsèques au masque, agitation atmosphérique. La dernière partie de ce manuscrit ébauche de nouvelles perspectives quant à la possibilité d’une imagerie à haut contraste. La modulation temporelle de phase transmise par un masque focal adaptatif est mise à profit par l’utilisation des méthodes de détection synchrone
High contrast imaging of extra-solar planets and environments of bright astro- physical objects in general, such as stars, active galactic nuclei or objects of the Solar System is a challenging task. Different approaches are needed if the bright region to occult is optically resolved or not. We present the Adaptive Mask concept, observations on sky and numerical simulations show the usefulness of the proposed methods to optimize the efficiency of the coronagraphs for optically resolved or non resolved objects. Accessing small IWA is considered as an edge as it provides substantial scientific and technical advantages. One of the difficulties of accessing small IWA is that coronagraphs become very sensitive to low-order aberrations such as tip-tilt. Our original approach aims at integrating the small IWA capability and the mitigation of sensitivity to low-order aberrations within the coronagraph itself. Our concept is applicable to both low and high Strehl regimes, corresponding to current and next generation AO systems. The adaptive coronagraph can adapt dynamically, in quasi real time, to adjust to the observing conditions to deliver a stable and optimized contrast at the science image level. The mask adaptability both in size, phase and amplitude also compensates for manufacturing errors of the mask itself, and potentially for chromatic effects. The mask adaptability concept using a local phase modulation in the focal plane allows synchronous modulation for high dynamic range synchronous detection of a faint target immersed in a background. The coherence of the speckles with the central star is used to discriminate them from proper companions

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Giordano, Christophe. "Prédiction et optimisation des techniques pour l’observation à haute résolution angulaire et pour la future génération de très grands télescopes." Thesis, Nice, 2014. http://www.theses.fr/2014NICE4136/document.

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Abstract:

Avec l’avènement de la prochaine génération de télescope de plus de 30m de diamètre, il devient primordial de réduire le coût des observations et d’améliorer leur rendement scientifique. De plus il est essentiel de construire ces instruments sur des sites disposant d’une qualité optique maximale. J’ai donc essayé, au cours de ma thèse, de développer un outil fiable, facile d’utilisation et économique permettant de satisfaire ces exigences. J’ai donc utilisé le modèle de prévision météorologique Weather Research and Forecasting et le modèle de calcul de la turbulence optique Trinquet-Vernin pour prédire, plusieurs heures à l’avance, les conditions optiques du ciel tout au long de la nuit. Cette information permettrait d’améliorer la gestion du programme d’observation, appelée "flexible scheduling", et ainsi de réduire les pertes dues à la variation des conditions atmosphériques. Les résultats obtenus et les améliorations apportées au modèle WRF-TV lui permettent de présenter un bon accord entre les mesures et les prévisions ce qui est prometteur pour une utilisation réelle. Au delà de cette gestion, nous avons voulu créer un moyen d’améliorer la recherche et le test de sites astronomiquement intéressants. Nous avons donc définit un paramètre de qualité qui prend en compte les conditions météorologiques et optiques. Ce paramètre a été testé au-dessus de l’île de La Palma aux Canaries et a montré que l’Observatorio del Roque de los Muchachos est situé au meilleur emplacement de l’île. Enfin nous avons créé une routine d’automatisation du modèle WRF-TV afin d’avoir un outil opérationnel fonctionnant de manière autonome
With the next generation of extremely large telescope having mirror with a diameter larger than 30m, it becomes essential to reduce the cost of observations and to improve their scientific efficiency. Moreover it is fundamental to build these huge infrastructures in location having the best possible optical quality. The purpose of my thesis is to bring a solution easier and more economical than before. I used the Weather Research and Forecasting (WRF) model and the Trinquet-Vernin parametrization, which computes the values of the optical turbulence, to forecast a couple of hours in advance the evolution of the sky optical quality along the coming night. This information would improve the management of observation program, called "flexible scheduling", and thereby reduce losses due to the atmospheric variations. Our results and improvements allow the model us WRF-TV to have a good agreement between previsions and in-situ measurements in different sites, which is promising for a real use in an observatory. Beyond the flexible scheduling, we wanted to create a tool to improve the search for new sites or site testing for already existing sites. Therefore we defined a quality parameter which takes into account meteorological conditions (wind, humidity, precipitable water vapor) and optical conditions (seeing, coherence time, isoplanatic angle). This parameter has been tested above La Palma in Canary island showing that the Observatorio del Roque de los Muchachos is located close to the best possible location of the island. Finally we created an automated program to use WRF-TV model in order to have an operational tool working routinely

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Scholler, Jules. "Imagerie optique 3D multimodale : traitements spatio-temporels, correction du front d'onde et classification automatique." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLS007.

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Abstract:

Cette thèse vise à appliquer et combiner des méthodes numériques et optiques pour repousser les limites de la tomographie optique cohérente plein champ (FFOCT) statique et dynamique pour la microscopie et l'imagerie médicale. Des méthodes de post-traitement utilisant la décomposition en valeurs singulières ont permis pour la première fois l'acquisition d'images dynamiques in vivo tandis que l'utilisation des signaux non stationnaires a permis d'obtenir des images avec un meilleur rapport signal sur bruit, soit la possibilité d'imager plus profondément les échantillons. L'application de l'imagerie dynamique est présentée sur des organoïdes rétiniens où nous montrons que notre méthode est capable de fournir de nouvelles perceptions biologiques intéressantes qui ne sont possibles avec aucune autre méthode. Des développements matériel pour compenser les aberrations optiques ont été menés avec succès, ce qui a permis une mise en œuvre peu complexe et peu coûteuse permettant d'acquérir de manière fiable des images de la rétine avec une résolution en limite de diffraction. La compréhension de la manifestation des aberrations optiques en FFOCT validée expérimentalement nous a permis de concevoir et de simuler les performances du système proposé. Enfin, les applications cliniques potentielles du FFOCT dynamique et statique pour l'angiographie de l'œil humain in vivo, la cicatrisation ex vivo, la classification des cellules de la rétine et le dépistage du cancer du sein par des méthodes d'apprentissage automatique ont été démontrées avec succès
This PhD project aims at combining numerical and optical methods to apply and push the limits of static and dynamic full-field optical coherent tomography (FFOCT) for microscopy and medical imaging. Post-processing methods using singular value decomposition allowed the acquisition of dynamic images in vivo for the first time while the use of the signals non-stationarities allowed to image with a better signal to noise ratio, hence deeper inside samples. Application of dynamic imaging is presented on retinal organoids where we show that our method is able to provide new interesting biological insights that are not possible with any other methods. Hardware developments to counteracts optical aberrations were successfully conducted leading to low complexity and cost efficient implementation which can reliably acquire retinal images with a diffraction limited resolution. The understanding and demonstration of the particular aberrations manifestation in FFOCT allowed us to design and simulate the performances of the proposed system. Finally, potential clinical applications of dynamic and static FFOCT for angiography in the human eye in vivo, wound healing ex vivo, retinal cell classification and breast cancer screening using machine learning methods are successfully demonstrated

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Challita, Zalpha. "Optique astronomique et plasticité : développements en fabrication optique pour des miroirs actifs de formes libres." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4775/document.

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Abstract:

La prochaine décennie instrumentale en astronomie se veut extrême. Elle s’ouvre avec l'arrivée des ELTs (Extremely Large Telescopes). Leur miroir primaire géant permettra d'augmenter considérablement la quantité de flux collectée et d'améliorer la résolution angulaire, paramètres clés pour l'observation et l'imagerie de sources astrophysiques. Des conséquences directes sont l'augmentation de la complexité, de l'envergure et de la masse des instruments placés aux foyers de ces télescopes. Une solution passe par l'utilisation de miroirs de formes libres. Or aujourd’hui, obtenir ces formes exotiques via les méthodes traditionnelles de fabrication optique n’est pas possible et un appel à de nouvelles ruptures technologiques s'avère nécessaire. Cette thèse présente un travail de recherche et développement amont portant sur un procédé de fabrication innovant permettant de fournir des miroirs de formes libres, avec les performances optiques requises en observations visibles et infrarouges. Ce procédé est une évolution des techniques d'Optique Active et exploite la déformation plastique des matériaux métalliques. Cependant, le domaine plastique reste un domaine de comportements non-linéaires analytiquement complexes. Il est alors d'intérêt de comparer des modèles par éléments finis avec des essais réels. Ces derniers ont nécessité la mise en place de la gamme complète de fabrication des substrats et des moyens d’essais. Les premiers miroirs obtenus pourront mettre en évidence les paramètres principaux à prendre en compte ainsi que leur niveau de sensibilité, pour ensuite converger vers des modèles éléments finis fiables et une solution de fabrication optique maîtrisée
The next instrumental decade in astronomy aims to be extreme. It opens with the arrival of ELTs (Extremely Large Telescopes). Their giant primary mirrors will increase the light collecting power and the angular resolution, key parameters for observing and imaging of celestial bodies. However, this also leads to an increase in the complexity, size and weight of their focal-plane instruments, to minimize flux lost and to correct for the aberrations introduced. A solution would be to implement freeform mirrors inside the optical systems of these instruments. Today, it is not possible to obtain these exotic mirror shapes using the current optical fabrication techniques and new technological breakthroughs in this domain are essential. This PhD thesis present research and development work, in upstream phase, of an innovative manufacturing process to supply freeform mirrors, which should meet required optical performances in Visible and Infrared wavelength astronomical observations. This method is an evolution of Active Optics techniques and based on the ability of metallic materials to plasticize. However, the plasticity of metallic materials remains a field of non-linear behaviours and analytically complex. It is important to compare modeling from finite element analysis and real tests. For these tests, the complete manufacturing steps of the metallic substrates were put in place. The first mirrors obtained will highlight the main working parameters and their sensibility levels, and then converge toward reliable finite elements models and a mastered solution of optical freeform mirrors fabrication

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Cantalloube, Faustine. "Détection et caractérisation d'exoplanètes dans des images à grand contraste par la résolution de problème inverse." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY017/document.

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Abstract:

L’imagerie d’exoplanètes permet d’obtenir de nombreuses informations sur la lumière qu’elles émettent, l’interaction avec leur environnement et sur leur nature. Afin d’extraire l’information des images, il est indispensable d’appliquer des méthodes de traitement d’images adaptées aux instruments. En particulier, il faut séparer les signaux planétaires des tavelures présentes dans les images qui sont dues aux aberrations instrumentales quasi-statiques. Dans mon travail de thèse je me suis intéressée à deux méthodes innovantes de traitement d’images qui sont fondés sur la résolution de problèmes inverses.La première méthode, ANDROMEDA, est un algorithme dédié à la détection et à la caractérisation de point sources dans des images haut contraste via une approche maximum de vraisemblance. ANDROMEDA exploite la diversité temporelle apportée par la rotation de champ de l’image (où se trouvent les objets astrophysiques) alors que la pupille (où les aberrations prennent naissance) est gardée fixe. A partir de l’application sur données réelles de l’algorithme dans sa version originale, j’ai proposé et qualifié des améliorations afin de prendre en compte les résidus non modélisés par la méthode tels que les structures bas ordres variant lentement et le niveau résiduel de bruit correlé dans les données. Une fois l’algorithme ANDROMEDA opérationnel, j’ai analysé ses performances et sa sensibilité aux paramètres utilisateurs, montrant la robustesse de la méthode. Une comparaison détaillée avec les algorithmes les plus utilisés dans la communauté a prouvé que cet algorithme est compétitif avec des performances très intéressantes dans le contexte actuel. En particulier, il s’agit de la seule méthode qui permet une détection entièrement non-supervisée. De plus, l’application à de nombreuses données ciel venant d’instruments différents a prouvé la fiabilité de la méthode et l’efficacité à extraire rapidement et systématiquement (avec un seul paramètre utilisateur à ajuster) les informations contenues dans les images. Ces applications ont aussi permis d’ouvrir des perspectives pour adapter cet outil aux grands enjeux actuels de l’imagerie d’exoplanètes.La seconde méthode, MEDUSAE, consiste à estimer conjointement les aberrations et les objets d’intérêt scientifique, en s’appuyant sur un modèle de formation d’images coronographiques. MEDUSAE exploite la redondance d’informations apportée par des images multi-spectrales. Afin de raffiner la stratégie d’inversion de la méthode et d’identifier les paramètres les plus critiques, j’ai appliqué l’algorithme sur des données générées avec le modèle utilisé dans l’inversion. J’ai ensuite appliqué cette méthode à des données simulées plus réalistes afin d’étudier l’impact de la différence entre le modèle utilisé dans l’inversion et les données réelles. Enfin, j’ai appliqué la méthode à des données réelles et les résultats préliminaires que j’ai obtenus ont permis d’identifier les informations importantes dont la méthode a besoin et ainsi de proposer plusieurs pistes de travail qui permettraient de rendre cet algorithme opérationnel sur données réelles
Direct imaging of exoplanets provides valuable information about the light they emit, their interactions with their host star environment and their nature. In order to image such objects, advanced data processing tools adapted to the instrument are needed. In particular, the presence of quasi-static speckles in the images, due to optical aberrations distorting the light from the observed star, prevents planetary signals from being distinguished. In this thesis, I present two innovative image processing methods, both based on an inverse problem approach, enabling the disentanglement of the quasi-static speckles from the planetary signals. My work consisted of improving these two algorithms in order to be able to process on-sky images.The first one, called ANDROMEDA, is an algorithm dedicated to point source detection and characterization via a maximum likelihood approach. ANDROMEDA makes use of the temporal diversity provided by the image field rotation during the observation, to recognize the deterministic signature of a rotating companion over the stellar halo. From application of the original version on real data, I have proposed and qualified improvements in order to deal with the non-stable large scale structures due to the adaptative optics residuals and with the remaining level of correlated noise in the data. Once ANDROMEDA became operational on real data, I analyzed its performance and its sensitivity to the user-parameters proving the robustness of the algorithm. I also conducted a detailed comparison to the other algorithms widely used by the exoplanet imaging community today showing that ANDROMEDA is a competitive method with practical advantages. In particular, it is the only method that allows a fully unsupervised detection. By the numerous tests performed on different data set, ANDROMEDA proved its reliability and efficiency to extract companions in a rapid and systematic way (with only one user parameter to be tuned). From these applications, I identified several perspectives whose implementation could significantly improve the performance of the pipeline.The second algorithm, called MEDUSAE, consists in jointly estimating the aberrations (responsible for the speckle field) and the circumstellar objects by relying on a coronagraphic image formation model. MEDUSAE exploits the spectral diversity provided by multispectral data. In order to In order to refine the inversion strategy and probe the most critical parameters, I applied MEDUSAE on a simulated data set generated with the model used in the inversion. To investigate further the impact of the discrepancy between the image model used and the real images, I applied the method on realistic simulated images. At last, I applied MEDUSAE on real data and from the preliminary results obtained, I identified the important input required by the method and proposed leads that could be followed to make this algorithm operational to process on-sky data

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Corporon, Patrice. "La binarité des étoiles Ae/Be de Herbig vue par l'optique adaptative et la spectroscopie : une étude du système triple TY CrA." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00724469.

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Les étoiles multiples sont nombreuses, tant parmi les objets jeunes de faible masse, les étoiles T Tauri, que parmi les astres de la Séquence Principale (SP). En ce qui concerne les étoiles jeunes de masse intermédiaire, les étoiles Ae/Be de Herbig (HAeBe), le statut de la binarité est peu connu. Nous avons réalisé une recherche systématique de binaires HAeBe en utilisant deux techniques: l'imagerie à haute résolution angulaire avec la méthode de l'Optique Adaptative d'une part, et la spectroscopie visible à haute résolution d'autre part. Ces techniques complémentaires nous ont permis d'identifier plus d'une vingtaine de nouvelles étoiles binaires; la fréquence de binarité déduite est d'au moins 50 %, voir supérieure à cause des biais observationnels discutés dans la thèse. Pour la première fois, les types spectraux des compagnons ont pu être déterminés dans une vingtaine de systèmes visuels. Les implications de nos observations pour la présence de disques de poussières et la détection d'émission X dans les étoiles HAeBe sont présentées. Les contraintes apportées pour les théories de formation des binaires sont discutées. Une partie importante de la thèse est consacrée à une étude approfondie de l'étoile triple TY CrA, l'unique système spectroscopique hiérarchisé parmi les étoiles Ae/Be de Herbig. Après une description complète des paramètres orbitaux et stellaires, la modélisation de la dynamique de cet objet particulier a été réalisée. Nos calculs théoriques montrent que la cohésion du système est assurée par effet de marée à l'oeuvre dans la binaire à éclipse centrale. L'environnement circumstellaire de TY CrA a également été étudié à partir d'observations spectroscopiques infrarouges avec le télescope spatial ISO et à partir d'images en Optique Adaptative dans le proche infrarouge.

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Zabit, Usman. "Optimisation of a self-mixing laser displacement sensor." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0129/document.

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Abstract:

L'interférométrie à rétro-injection optique, également connu sous le nom de Self-Mixing, permet de concevoir des capteurs qui sont compacts, auto-alignés et sans contact. Dans ce phénomène, une partie du faisceau laser de retour réfléchi par la cible rentre dans la cavité active de laser et fait varier ses propriétés spectrales. La diode laser agit alors comme une source de lumière, un microinterféromètre ainsi qu'un détecteur de lumière. Dans cette thèse, un capteur de déplacement, basé sur la rétro-injection optique, a été optimisé de sorte que des mesures précises peuvent être obtenues en temps réel. Le capteur est robuste à la disparition des franges de self-mixing pour des vibrations harmoniques. Il est également capable de s'adapter à un changement dans le régime de feedback optique et peut donc extraire le déplacement dans les cas les plus répandus expérimentalement, à savoir un feedback faible puis modéré. L'utilisation de l'optique adaptative, sous la forme d'une lentille liquide, a également été démontrée pour ce capteur, ce qui nous a permis de maintenir le capteur dans un régime de feedback favorable. L'influence du speckle a également été réduite de telle sorte que le capteur mesure jusqu'à la gamme centimétrique pour des cibles non- oopératives. Une nouvelle technique est également présentée, elle permet de rendre le capteur insensible aux vibrations mécaniques parasites qui fausseraient la mesure pour des conditions industrielles
Optical Feedback Interferometry, also known as Self-Mixing, results in compact, selfaligned and contact-less sensors. In this phenomenon, a portion of the laser beam is back reflected from the target and enters the active laser cavity to vary its spectral properties. The laser diode then simultaneously acts as a light source, a micro- nterferometer as well as a light detector. In this thesis, a self-mixing displacement sensor has been optimised so that precise measurement can be obtained in real-time. The sensor is robust to the disappearance of self-mixing fringes for harmonic vibrations. It is also able to auto-adapt itself to a change in the optical feedback regime and so can extract displacement from the weak as well as moderate feedback regime signals. The use of adaptive optics, in the form of a liquid lens, has also been demonstrated for this sensor, which has allowed us to maintain the sensor in a fringe-loss less regime. The influence of speckle has also been reduced so that the sensor can now measure up to the centimetric range for non-cooperative targets. A novel technique has also been presented that makes the sensor insensitive to parasitic mechanical vibrations that would falsify the measurement under industrial conditions

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Orive, miguel David. "Tomographie optique multispectrale résolue en temps pour la reconstruction de changements en profondeur de l’oxy- et de la déoxyhémoglobine." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT108.

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Abstract:

Dans cette thèse, j'ai développé de nouvelles techniques pour la tomographie optique diffuse. Dans la première partie, j'ai développé une méthode pour calculer des nouveaux types de données pour la tomographie optique diffuse. Avec cette nouvelle méthode, un plus grand ensemble de types de données peut être calculé et le bruit est moins corrélé. Les résultats montrent qu'une meilleure résolution en profondeur est obtenue par rapport à l'état de la technique. De plus, la quantification de l'absorption est améliorée de manière significative. Dans la deuxième partie, j'ai développé une méthode de régularisation par variation totale pour la tomographie optique diffuse sur des mailles irrégulières. Après, j'ai réalisé des expériences d'activation du cortex moteur cérébral chez des sujets adultes avec la collaboration de Politecnico di Milano. Des algorithmes précédemment développés ont été appliqués à ces mesures pour obtenir des reconstructions hémodynamiques en série chronologique du cortex moteur. Enfin, j'ai coordonné le plus grand jeu de données ouvert en optique diffuse composé des mesures effectuées dans le réseau BitMap
In this thesis I developed new techniques for diffuse optical tomography. In the first part, I developed a novel method to compute datatypes for diffuse optical tomography. With this new method a larger set of datatypes can be computed and noise is less correlated. Results show that better resolution in depth is obtained in comparison with the state-of-the-art. Moreover, quantification of absorption is improved significantly. In the second part, I developed total variation regularization method for diffuse optical tomography in irregular meshes. After, I performed brain motor cortex activation experiments in adult subjects with the collaboration of Politecnico di Milano. Previously developed algorithms were applied to that measurements obtaining time-series hemodynamic reconstructions of motor cortex. Finally, I coordinated the largest open dataset in diffuse optics composed by the measurements done within the BitMap network

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Dissertations / Theses on the topic 'Adaptative optics'

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