Interféromètre à conversion de fréquences ALOHA en bande L : Tests en laboratoire et intégration au réseau de télescopes CHARA

The use of telescope arrays in astronomy allows to observe stellar objects with a high angular resolution. For the imaging of cold objects, the thermal infrared spectral bands are particularly interesting for astronomers. However, at these wavelengths, the instrument’s optical elements emit their own thermal radiation and it becomes necessary to set up complex and expensive cryogenic systems, as well as adequate infrastructures, which are often difficult to implement because of their large dimensions. The approach proposed by our team at the XLIM laboratory in Limoges combines non-linear and guided optics for high-resolution astronomy. The ALOHA (Astronomical Light Optical Hybrid Analysis) project consists in implementing a frequency conversion fibre link interferometer in the thermal infrared domain. This thesis is based on a set of previous studies and presents the laboratory development and integration at CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy, USA CA) of the ALOHA project interferometer at 3,5 μm (L-band), in collaboration with Georgia State University. Original fibre length control systems, necessary for long-distance fibre interferometry, were developed and characterised by our team before being integrated in situ. The acquisition of interference fringes on the sky, without frequency conversion, has been successfully achieved. A significant improvement in fringe contrast and signal-to-noise ratio is demonstrated experimentally with the activation of the servocontrol systems. Mechanical and thermal stability tests were then carried out during the integration of the conversion modules into two CHARA telescopes, in anticipation of future 3,5 μm frequency conversion tests and interference fringes on the sky.En astronomie, l’utilisation de réseaux de télescopes permet d’observer des objets stellaires avec une haute résolution angulaire. Pour les astronomes, les domaines de l’infrarouge thermique sont particulièrement intéressants pour l’observation d’objets froids. Cependant, les éléments optiques des instruments à ces longueurs d’ondes ont leurs propres rayonnements thermiques et il devient alors nécessaire de mettre en place des systèmes cryogéniques complexes et coûteux, ainsi que des infrastructures adéquates, souvent difficiles à mettre en œuvre de par leurs grandes dimensions. L’approche proposée par notre équipe au laboratoire XLIM à Limoges consiste à associer l’optique non linéaire et l’optique guidée pour l’astronomie haute résolution. Le projet ALOHA (Astronomical Light Optical Hybrid Analysis) consiste à mettre en œuvre un interféromètre à liaisons fibrées à conversion de fréquences dans l’infrarouge thermique. Cette thèse s’appuie sur un ensemble d’études antérieures et présente le développement en laboratoire, puis l’intégration à CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy, USA CA) de l’interféromètre du projet ALOHA à 3,5 μm (en bande L), en collaboration avec la Georgia State University. Des dispositifs originaux d’asservissement des longueurs des fibres, nécessaires en interférométrie fibrée longue distance, ont été développés et caractérisés par notre équipe avant d’être intégrés in situ. L’acquisition de franges d’interférence sur le ciel, sans conversion de fréquences, a été réalisée avec succès. Une amélioration significative du contraste des franges et du rapport signal à bruit est démontrée expérimentalement avec l’activation des systèmes d’asservissement. Des tests de stabilité mécanique et thermique ont ensuite été réalisés lors de l’intégration des modules de conversion dans deux télescopes de CHARA, en prévision des futurs tests de conversion de fréquences et l’obtention de franges d’interférence sur le ciel à 3,5 μm du projet ALOHA