Proposition de sujet de recherche post-doctorale 2015 Sciences pour l'Ingénieur (sciences et technologies des systèmes orbitaux) Titre : Caractérisation et compensation des bruits de phase d’un laser à peignes de fréquences lors de sa propagation dans un milieu turbulent ou lors de sa réflexion sur une surface diffusante ou par rétro-diffusion en volume. Correspondant CNES : Phillipe HEBERT Service Instruments, Sous-direction charges Utiles Scientifiques et Imagerie CNES Toulouse, Tel : 05 61 27 35 58 ; Email : [email protected] Laboratoire d’accueil : ONERA, Département Mesures Physiques (DMPH), Unité SLM Chemin de la Hunière, 91120 Palaiseau Directeur du Laboratoire : Michel Lefebvre, Email : michel. [email protected] Correspondant ONERA : Ajmal Mohamed , Tel 01 80 38 61 88, Email : [email protected] Sujet de recherche : Depuis peu, diverses expériences [1][2] ont démontré la faisabilité des mesures dans l’atmosphère par Lidar à interférence de deux lasers à peignes de fréquences optiques. Ce nouvel instrument semble attractif par la fourniture des spectres instantanés à haute cadence sur de larges bandes spectrales permettant du sondage multi-espèces tout en conservant une grande sélectivité à cause de la haute résolution spectrale. Les démonstrations ont été effectuées à courte portée (< 2 km) limitée par la puissance disponible pour les lasers mais cette limitation doit pouvoir se résoudre à court/moyen terme. Néanmoins, d’autres difficultés sont suspectées pour un emploi à plus longue portée comme la dégradation de la structure spatio-temporelle des peignes pour une très longue propagation dans un milieu turbulent ainsi que par la réflexion sur une surface de planéité très dégradée. Si on emploie les lasers à peignes en rétrodiffusion sur un volume de gaz, on peut craindre aussi une dégradation des peignes. Cette dégradation peut se décliner en des élargissements, de façon fluctuante, de la durée des impulsions laser, sans oublier les élargissements voire déformation des profils spectraux des dents du peigne avec des conséquences pour l’instant peu connues sur l’hétérodynage entre deux peignes pour la spectroscopie à Transformation de Fourier. Les objectifs de ce travail post-doctoral sont d’étudier théoriquement ces perturbations en modélisant finement la dynamique des peignes en interférence en parallèle d’un travail de caractérisation expérimentale employant une plateforme existante à l’ONERA. Cet instrument comprend un couple de lasers à fibre télécoms produisant des peignes de fréquences autour de 1.5 µm, adéquats pour faire des tests sur des espèces comme CO2 et CH4 dans l’atmosphère. Les tests peuvent être menés à longue distance mais aussi à courte distance dans un milieu gazeux présentant des fortes fluctuations et gradients en densité et température (flamme de combustion). Diverses surfaces à planéïté dégradée (mat, à échelons, etc.) sont aussi à tester à courte distance mais avec un faisceau laser de diamètre élargi. Une cellule à gaz d’une longueur jusqu’à un mètre remplie de particules rétro diffusantes sera utilisée pour tester la rétrodiffusion volumique. Ce travail doit aussi permettre de dégager différentes pistes pour compenser ces effets incriminés comme la mesure des temps d’arrivées des impulsions pour éventuellement refaçonner les impulsions avant battement optique ou pour inverser les spectres de Fourier avec des pas non-réguliers. [1] Sylvain Boudreau, Simon Levasseur, Carlos Perilla, Simon Roy, and Jérôme Genest, "Chemical detection with hyperspectral lidar using dual frequency combs," Opt. Express 21, 7411-7418 (2013) [2] G. B. Rieker, F. R. Giorgetta, W. C. Swann, J. Kofler, A. M. Zolot, L. C. Sinclair, E. Baumann, C. Cromer, G. Petron, C. Sweeney, P. P. Tans, I. Coddington, N. R. Newbury, 'Frequency Comb-Based Remote Sensing of Greenhouse Gases over Kilometer Air Paths', Optica, Vol. 1, Issue 5, pp. 290-298 (2014) PDOC2015-DMPH-01
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