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Un nouveau laser puissant basé sur la technologie de l'ESO est testé avec succès sur le terrain

31 août 2021

Un puissant laser expérimental, basé sur la technologie de l'ESO, a passé un test clé le mois dernier à l'observatoire Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren en Allemagne. Le laser à optique adaptative, développé en collaboration avec l'industrie, possède d'importantes capacités supplémentaires par rapport aux systèmes existants. Il fera partie du système d'optique adaptative de l'étoile guide laser CaNaPy qui sera installé à la station terrestre optique de l'Agence spatiale européenne (ESA) à Tenerife, en Espagne, dans le cadre de la collaboration ESO-ESA pour la recherche et le développement. La puissance laser plus élevée, près de trois fois supérieure à celle des systèmes actuels, ouvre la voie à des développements dans le domaine de la communication laser par satellite, ainsi qu'à des améliorations significatives de la netteté des images astronomiques prises à l'aide de télescopes terrestres.

L'optique adaptative astronomique désigne les systèmes installés sur les télescopes terrestres qui corrigent l'effet de flou provoqué par les turbulences de l'atmosphère terrestre - le même effet qui fait « scintiller » les étoiles observées depuis la Terre. Pour éliminer les distorsions, ces systèmes nécessitent une étoile de référence brillante proche de l'objet étudié. Comme ces étoiles ne sont pas toujours bien placées dans le ciel, les astronomes utilisent des lasers pour exciter des atomes de sodium à 90 km d'altitude dans l'atmosphère terrestre, créant ainsi des étoiles artificielles près du champ d'intérêt qui peuvent être utilisées pour cartographier et corriger la turbulence atmosphérique.

Le nouveau laser expérimental est basé sur la même technologie que celle utilisée par l'ESO pour le Four Laser Guide Star Facility, qui fonctionne avec succès au Very Large Telescope de l'ESO au Chili, ainsi que dans la plupart des grands observatoires astronomiques dans le monde. Mais alors que ces lasers ont une puissance de 22 watts, ce nouveau laser a presque triplé cette puissance pour atteindre 63 watts, ce qui représente un énorme progrès dans la technologie des lasers d'astronomie qui permettra, entre autres, d'améliorer la netteté des images d'optique adaptative aux longueurs d'onde visibles. Dans le cadre d'un accord de collaboration en R&D avec l'ESO, la société canadienne MPB Communications - l'un des partenaires industriels de l'ESO - a pu augmenter la puissance de sa source infrarouge « amplificateur à fibre Raman ». C'est cette avancée qui permet au laser CaNaPy de l'ESO d'atteindre une puissance aussi élevée [1].

En outre, la société allemande TOPTICA Photonics AG, un autre partenaire industriel de l'ESO, a développé et mis en œuvre dans le laser CaNaPy un système de modulation de fréquence (ou frequency chirping system) pour cette nouvelle classe de lasers, dans le cadre d'un accord de collaboration en matière de R&D avec l'ESO. Le "chirping" consiste à changer rapidement la fréquence à laquelle le laser est accordé. Cela augmente le nombre d'atomes de sodium excités par le laser, rendant l'étoile artificielle plus brillante et améliorant ainsi la correction de la turbulence. TOPTICA a installé le prototype de système de modulation sur le laser de 63 Watts et, avec l'ESO, a mis en service sur le ciel à la fois le laser et son nouveau système de modulation.

Ce nouveau laser expérimental CaNaPy est un exemple de technologie astronomique développée en interne à l'ESO, en partenariat avec l'industrie, puis transférée vers une utilisation industrielle, y compris dans de nouveaux domaines, trouvant ainsi des applications au-delà de son objectif initial et bénéficiant à la société dans son ensemble. Une fois que l'instrument CaNaPy sera installé à la station terrestre optique de l'ESA à Tenerife - un projet de collaboration entre l'ESO [2] et l'ESA - il offrira aux deux organisations, l'ESA et l'ESO, la possibilité de faire progresser l'utilisation des technologies d'optique adaptative à étoile guide laser, non seulement pour l'astronomie, mais aussi pour la communication optique par satellite.La communication optique par laser permet aux satellites d'envoyer et de recevoir des signaux vers et depuis la Terre avec une bande passante ultra-rapide, une perspective que l'ESA étudie actuellement.Les signaux laser optiques peuvent transmettre beaucoup plus d'informations que les signaux radio, mais ils sont également affectés par les turbulences atmosphériques. L'optique adaptative à étoile guide laser a donc le potentiel d'améliorer considérablement les liaisons optiques entre les satellites et les stations terrestres.

Notes

[1] MPB Communications a augmenté la puissance de son amplificateur à fibre Raman, qui fonctionne dans l'infrarouge à 1178 nm, du niveau de 36 watts normalement utilisé dans les lasers guidestar à sodium commerciaux, à un niveau sans précédent de 100 watts. Cela permet à CaNaPy d'atteindre une puissance d'onde continue de 63 watts tout en fonctionnant à 589 nm, dans le visible[2].

[2] Plusieurs instituts des États membres de l'ESO participent à cette collaboration : l'Istituto Nazionale di Astrofisica en Italie, l'université de Durham au Royaume-Uni et l'Instituto de Astrofísica de Canarias en Espagne.