Thèse Exploration des Lanternes Photoniques pour l'Instrumentation Astronomique et l'Analyse de Front d'Onde H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Observatoire de Paris - PSL École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique Direction de la thèse : Elsa HUBY ORCID 0000000213422822 Début de la thèse : 2026-11-16 Date limite de candidature : 2026-09-06T23:59:59 Les futurs instruments astronomiques destinés aux Very Large Telescopes (VLT) et aux Extremely Large Telescopes (ELT) imposent des exigences toujours plus élevées en matière de stabilité, de sensibilité et de contrôle du front d'onde. Dans ce contexte, les composants issus de la photonique intégrée ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement d'instruments plus compacts, plus robustes et capables d'améliorer les performances des futurs systèmes d'instrumentation astronomique et d'optique adaptative.
Parmi ces technologies, les lanternes photoniques suscitent un intérêt croissant. Il s'agit d'une fibre optique particulière, multimode d'un côté (avec un coeur de large diamètre acceptant un certain nombre de modes spatiaux) qui transitionne progressivement vers un jeu de fibres monomodes, dont le coeur, de plus petit diamètre, n'accepte que le mode fondamental. Lorsque le faisceau se propage de l'entrée multimode vers les fibres monomodes, il s'opère une décomposition du front d'onde sur les modes spatiaux intrinsèques à la lanterne. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la compréhension du fonctionnement des lanternes photoniques et d'évaluer leur potentiel pour différentes applications en instrumentation astronomique, en particulier pour l'analyse de front d'onde. Le travail reposera sur une approche combinant développements en laboratoire, modélisation numérique et analyse de données expérimentales.
Une première partie du projet sera consacrée à la caractérisation expérimentale de la réponse d'une lanterne photonique infrarouge aux aberrations de front d'onde, notamment en termes de sensibilité, de stabilité et de chromaticité. Pour cela, le banc de test pour le haut contraste, GHOST, développé à l'ESO sera rendu accessible pour des campagnes de mesure. Cette étape inclut un travail d'intégration opto-mécanique de la lanterne au banc GHOST.
Une attention particulière sera portée à l'étude du potentiel des lanternes photoniques comme senseurs de front d'onde, notamment pour la détection d'aberrations de bas ordre, et en particulier des modes particuliers appelés pétales. Ces modes correspondent à des sauts de phase entre différentes parties de l'ouverture, qui ne sont pas détectés par un analyseur classique mesurant le gradient de phase. Des résultats préliminaires obtenus sur le télescope Subaru montrent que la lanterne photonique, grâce à sa décomposition suivant des modes spatiaux complexes, est sensible à ce type d'aberrations. La thèse pourra d'ailleurs s'appuyer sur des données déjà acquises avec une lanterne photonique visible installée dans l'instrument FIRST, dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe SCExAO du télescope Subaru. Leur exploitation permettra de développer les premiers outils d'analyse, de confronter les modèles numériques à des observations sur ciel et d'orienter les développements expérimentaux réalisés au cours de la thèse.
Les résultats obtenus au cours de la thèse contribueront à une meilleure compréhension du fonctionnement des lanternes photoniques et à l'évaluation de leur potentiel pour les futurs développements instrumentaux de l'ESO. Un tel senseur pourrait constituer une alternative ou un complément aux analyseurs de front d'onde conventionnels utilisés en optique adaptative. Selon les résultats obtenus au cours de la thèse, d'autres applications instrumentales pourront également être explorées, comme par exemple pour le cophasage de télescopes segmentés, tel que l'ELT. En fonction de la maturité des développements réalisés et des opportunités d'intégration, une démonstration sur un instrument du Very Large Telescope pourra être envisagée. Une perspective ambitieuse, à fort impact potentiel, consisterait à intégrer une lanterne photonique sur la plateforme Phasing and Diagnostic Station de l'ELT, piste qui pourra être envisagée en fonction de l'avancement du projet et des résultats obtenus.

Le ou la doctorante devra être titulaire d'un master en physique, optique ou astrophysique, avec un goût marqué pour l'instrumentation. Une expérience en optique guidée/photonique, en traitement du signal ou en optique adaptative sera appréciée. Une bonne maîtrise de l'anglais est requise, la thèse se déroulant en environnement international.

• Anglais
• Traitement du signal
• Analyse de données
• Instrumentation