Miroirs VLT - différence amateurs/pros

[emmanuel fontaine 821]

Je ne suis pas sûr que ce post soit dans la bonne rubrique maus tentons... J'ai été voir le site internet de la société REOSC qui fait le polissage des miroirs que vous savez. J'y ai vu que la sphère avait une précision de 1 nm et les défauts de surface de l'ordre de l'angstroem. Dites... rassurez moi, c'est pas possible, c'est une erreur de frappe? Je viens d'en chier à polir mon second miroir et j'ai péniblement obtenu un écart de 20 nm soit L/13... Je sais bien qu'une parabole n'est pas une sphère, mais quand même!

[bruno thien 224]

Si tu as un bel état de surface à l/13 tu disposes d'un excellent miroir. Pas la peine d'avoir plus puisque la qualité du barillet et de la collimation vont brider les performances.

[emmanuel fontaine 821]

Bruno, je sais bien que mon miroir est pas mal (petit mamelonnage au centre, cependant) Mais ce sont les précisions des miroirs du VLT qui me laissent songeur. D'autant plus qu'ils sont plus ou moins flexibles. Et qu'ils sont énormes, donc difficile de faire des petites retouches aux petits oignons. Donc 1nm...

[SBrunier 13]

Pour moi le meilleur des 7 ou 8 miroirs de 8.2 m qu'a poli la Reosc est plutôt à 15 nanomètres : 1 nanomètre, c'est du domaine de la science fiction...

S

[Invité chinois02]

J'ai des doutes, malgré la haute technicité de la réosc sur la précision à l'agstroeum.
Le "diamètre" de l'atome de silicium est d'environ 2 A
Ils vérifient les 8 m au microscope à effet tunnel et déplacent les atomes un à un s'ils ne sont pas bien rangés
La précision au nanomètre: Pour le pékin lambda, cela signifie au nanomètre près, pour eux, peut être à 10, 20, 30 nm. Tu n'est pas loin!
En fait, je ne suis pas certain que les pros disposent de meilleurs moyens de fabrication, dans les principes, que les artisans et amateurs, mais ils disposent de moyens de contrôle au top et permettant de localiser les zone foireuses des optiques. Qui pourrait m'éclairer? (il est sûr que les 8 m ont dû nécésiter des bicotaux d'acier pour l'artiste opticien)

[pulsar67 8]

Je me rapelle d'une image qui avait été donnée lors d'une conférence... mais je ne suis plus tout à fait sûr de l'ordre de grandeur... en gros, ça disait que si on prend un miroir du VLT et qu'on le rapporte à l'échelle du Brésil, le plus gros défaut fait 1m. (pour le 1m, je ne suis plus sûr du tout)

[emmanuel fontaine 821]

Oui je sais bien que 1 nm est du domaine de la SF, mais 10 à 20 nm sur des miroirs de cette taille et de cette ouverture (sont'i pas à F/2 ou quelque chose comme ça?), c'est à peine plus réaliste. Comment qu'i font alors qu'avec mes mimines, c'est tellement la galère!

[emmanuel fontaine 821]

Et les amateurs sont à F/6, F/5, F/4 au mieux. Certains de ces miroirs pros sont à F/1.5... (d'après l'EXCELLENT ouvrage sur les grands observatoires du monde, ttes mes félicitations Mr Brunier, un livre qui fait rêver)

[skywatcher 6 041]

seul Stéphane Guisard peut nous éclairer,allez Stéphane,prends ton mètre et fait nous une mesure

[sguisard 121]

Emmanuel, tu peux nous donner stp le lien de la page ou tu a lu cela.

Merci,

Stephane

[Patrick Sogorb 258]

Je n'ai pas vu la page que tu indique, mais je pense que quand on parle de la sphere, c'est n'est pas le mirroir, mais la sphere de reférence. C'est un calibre qui est une piece du banc de mesure. Donc rien à voir avec le miroir...

Ceci dit, un front d'onde à 1nm est quasi impossible à faire (bien qu'on s'en rapproche dans le cas spécifique des objectifs de mircrolithographie), par contre un rugusité à 1 Angstroem peux se faire (mais uniquement au niveau pro)

Serge a raison, puisque le meilleur des Quatre VLT (le quatrieme) tourne effectivement à 15nm RMS.

[Ce message a été modifié par Patrick Sogorb (Édité le 07-05-2007).]

[olivier_aix 0]

Bonjour,

Voici une page du site de la SESO :
http://www.seso.com/polissage.htm

Ils annoncent 10nm et 1 A de rugosité.

C'était juste pour comparer. Ca semble cohérent ?

A+

Olivier

[emmanuel fontaine 821]

Retrouve plus la page maintenant, pourtant je ne l'ai pas inventé... Il est indiqué 8nm pour les miroirs du VLT
http://www.sagem-ds.com/fra/site.php?spage=02020103

[LANTHA 610]

et j'avais vu un tableau avec le rapport de strrhl de ces miroirs : le meilleur était à 0.85 je crois : c'est pas top top quand même (si je retrouve la page je vous la met)

[Phil91590 47]

En fait, comme il a été dit, le meilleur des miroirs de 8 mètres du VLT a bien été le dernier. On apprend toujours en faisant, et on s'améliore. Le dernier est sorti à 8nm RMS surface miroir, ou 16nm RMS de défaut sur l'onde. Il ne faut pas confondre ces valeurs avec celles données pour la rugosité de surface, qui est typiquement de l'ordre du nm pour les optique astronomiques et jusqu'à quelques angströms pour des applications spécifiques (UV, laser haute puissance, etc).
Il faut préciser que SUBARU (le 8m Japonais) a été terminé quelques semaines plus tôt à 24nm RMS WFE, on n'a pas pu s'empêcher de vouloir faire mieux...
Effectivement, ce qui prime pour réussir de telles optiques est bien le moyen de contrôle. Polir alors un miroir à f/4 ou f/1.5 ne change plus beaucoup, les outils pleine taille étant absents de la panoplie du polisseur. Ce qui diffère aussi par rapport au amateurs, c'est le moyen d'entrainer l'outil (qui reste quand-même garni à la poix): les retouches sont faites par l'intermédiaire d'un robot, lequel est commandé par un PC qui a reçu l'information de la localisation des défauts. Ce n'est pas magique, mais cela aide bien...

[LANTHA 610]

voilà la page ou vous avez presque tout sur la qualité des miroirs, des infos tout plein tout plein (y a juste le 4ème qui a pas toujours été testé).
http://www.eso.org/projects/vlt/unit-tel/m1unit.html

Bonne lecture

[sguisard 121]

Ok Emmanuel, j'aurais aime voir la page ou il etait dit 1nm pour voir ce dont il s'agissait....je pense egalement qu'il devait s'agir de la precision de la sphere de controle.

Pour repondre aux diverses questions :
-l'ordre grandeur c'est bien de la dizaine de nanometre RMS pour les defauts de polissage residuels de ces miroirs.

-Il ne s'agit pas de la precision sur la forme globale du miroir. Les miroirs du VLT sont minces et destines a etre des miroirs actifs. Leur forme globale est etroitement liee au barillet qui les supporte. Pour cette raison pendant le polissage REOSC devait respecter
*une qualite de polissage haute frequence spatiale (l'ordre de grandeur de dizaine de nm dont on parlait plus haut)
*une qualite de surface de l'ordre du nm
*tout en maintenant les forces d'appuis du miroir dans son barillet de polissage dans une fourchette determinee.
C'est ce dont il est question dans le document cite par Lantha dans la table 3.

-Quand au Strehl ou lambda/machin ...ils n'ont de sens que pour mesurer des miroirs destines a etre limites par la diffraction dans les conditions d'utilisation (cad en tenant compte de l'atmosphere)...donc des miroirs de petits diametres...quelques dizaines de cm de diametre, jusqu'a un metre disons....

Par exemple si un miroir de 8m avait un defaut de 10 lambdas sur les bords....ca ce se verrait pas, ca serait cache par la turbulence atmospherique.

C'est pour cette raison que l'ESO a introduit la notion de CIR (voir la definition dans le meme document)...qui serait un espece de Strehl par rapport aux conditions atmospheriques d'utilisation et non a la resolution theorique comme l'est le Strehl.

C'est pour cela aussi que l'on prefere parler, en optique astronomique professionelle, en pente du front d'onde. Par exemple Lantha, tu te 'plains' du faible Strehl des miroirs du VLT....de l'ordre de 0.8 pour le miroir seul.....c'est un Strehl excellent en astronomie professionelle (en fait meme en optique 'pure'....0.8 c'est presque la limite de diffraction...)....des que ce miroir observe, meme a traves une excellente atmosphere comme celle de Paranal, ce Strehl doit tomber a 0.01 ou moins....les systemes d'optique adaptative permettent de remonter a 0.2 - 0.5 pour donner un ordre de grandeurs....

Si tu regardes la meme table tu trouveras donc la qualite en pente de front d'onde....: 0.055" ....et ca c'est excellent....

On pourrait parler de meme pour un telescope de 50 cm, par exemple, destine a la longue pose ciel profond, par exemple avec 2m de focale....pas besoin que le miroir soit a lambda/10 pour que le telescope donne de tres bonnes images...lambda ou lambda/2 doit suffire largement.

J'espere que mes explications sont claires et repondent aux questions.

Stephane

[legalet 650]

Suite à la remarque de Pulsar67,

Dans son bouquin, Suiter utilise l'analogie suivante :

Si la surface d'un miroir de 200mm était étendue à 1,6km (1mile), avec le ratio habituel, son épaisseur serait de 268m. Une longueur d'onde dans le jaune donne alors 4.4 mm à cette échelle. Donc une "bonne" optique (L/8 min sur le verre] devrait alors présenter des défauts de surface inférieurs à 0.5mm : l'épaisseur d'une carte à jouer !

Je trouve cette image particulièrement parlante

Le Galet

[emmanuel fontaine 821]

Je vous remercie pour ces réponses très claires qui peuvent être résumées de la manière suivante: on ne parle pas de la même précision que dans le cas d'un petit miroir amateur, d'autant plus que le miroir est "flexible" On ne m'enlèvera pas de la tête que c'est quand même incroyable. Les chiffres donnés plus haut (que je n'ai pas inventés, non, non) venaient peut être du site "mirror lab Arizona Universtity" J'ai pas mal navigué ce soir là...

[emmanuel fontaine 821]

Voilà, je l'ai!!! Par contre c'est pour du polissage en général, pas les miroirs du VLT en particulier. Mon enthousiasme m'a fait mentir involontairement
http://www.sagem-ds.com/fra/site.php?spage=02020100

[superpoilu 0]

Sguisard : excellent le CIR !
Voilà pas mal de temps que je pensais que pour les grands miroirs, ce qui était important c’était la dégradation de la FTM dans les basses fréquences, correspondant à des défauts plus petits que r0. Je vois que le CIR reprend cette idée, en la formalisant de façon très claire.
Par hasard, est ce que tu connaîtrais une page internet qui détaille ce concept ?

J’ai aussi une question sur l’article des miroirs du VLT :
Il est dit : « sub-pupil interferometric tests with 250250 points on 2.5-m diameter areas reveal that the wavefront variation for spatial periods below ~20 cm is in the 5 nm RMS range and decreasing at even higher spatial frequencies ». Pour être clair, est ce que ça veut dire que toute sous-partie du miroir de 20 cm de diamètre tourne autour de lambda/100 RMS ? Je crois que cela situerait bien l’exploit réalisé sur 8.20 m de diamètre.

Je pense que l’idée qu’il y a derrière tout ça n’est pas forcément éloignée des préoccupations des amateurs. On voit en effet de plus en plus de gros télescopes, 600, 800 et même 1100 cm , qui sont forcément limités par la turbulence. Le lambda dans ce cas perd beaucoup de son importance. Par contre il faut que sur des sous-parties du miroir de taille compatible avec la turbulence locale, par exemple 200 ou 300mm, il soit le plus élevé possible. Un miroir de 1 m par exemple qui serait testé à lambda/4 sur toute sa surface, mais qui resterait à lambda/4 sur des sous-surfaces de 20 cm pour cause de zonage par exemple, doit être assez moyen.
Ça me fait penser à un moyen de tester les grands telescopes sur le terrain : on peut faire un masque de 20 ou 30 cm de diamètre, le positionner un peu partout sur l’ouverture, et faire un star test à chaque fois. Si le start test est bon sur toute sous-partie de 20 cm, alors le miroir est bon ! Qu’en penses-tu ?

Encore une question : il y a toujours des informations contradictoires sur la rugosité. D’un côté le site de la SESO et Patrick Sogorb indiquent que 1 angstroem est possible, de l’autre on dit qu’un atome fait 2 angstroem de diamètre, et que les meilleurs miroirs en astronomie tournent autour de 10 angstroems. Qui pourrait régler définitivement cette question ?

[Phil91590 47]

Il faut bien se dire que les valeurs données par les contrôles des 8m sont les resultats relativement théoriques. Comme le disait S. GUISARD, la forme optique du miroir est complètement liée à son supportage. Celui utilisé pour les contrôles en cours de polissage était bien moins précis que celui utilisé dans le télescope (bien trop couteux pour la production, et pas vraiment nécessaire). La déformation théorique (calcul par éléments finis) a été vérifiée en appliquant les forces calculées en fonction des défauts de basses fréquence. L'imprécision du supportage (0,1N sur 1500N par vérin)a eu pour conséquence de laisser un faible résidu de BF, lesquels résidus ont été supprimés par logiciels. On a obtenu alors une cartographie des défauts du front d'onde, sur lequel le CIR (Central Intensity Ratio) a été calculé. On ne peut pas vraiment dire que le CIR soit complètement décorrélé du défaut RMS du front d'onde: qu'il reste des résidus de BF ou de HF et le CIR chute automatiquement. Simplement le CIR est plus concret puisqu'il évalue l'énergie encerclé à un certain endroit du plan focal.

A propos de la rugosité, les informations ne sont pas contradictoires: les optiques astronomiques ne demandent pas de rugosités extrèmes (sauf cas d'applications particulières), de l'ordre de 10 angströems, mais il est techniquement possible d'obtenir bien mieux, jusqu'à l'angströem. N'oublions pas que ce sont des valeurs RMS, à ne pas comparer directement à la taille de l'atome. De plus, les mesures donnant de tels résultats se font sur de très petites surfaces, de l'ordre du mm². Les valeurs portent alors sur des défauts de très haute fréquence.

Phil

[sguisard 121]

Superpoilu, il faut que je retrouve l'article de reference ou est "invente" le CIR (par un opticien de l'ESO pour les besoins du VLT), c'est en anglais. Ecris moi a l'adresse qui est sur: www.astrosurf.com/sguisard
des que je l'ai je t'envois un pdf.

>>" est ce que ça veut dire que toute sous-partie du miroir
>> de 20 cm de diamètre tourne autour de lambda/100 RMS ?"
Oui.

>> Ça me fait penser à un moyen de tester les grands
>> telescopes sur le terrain : on peut faire un masque
>> de 20 ou 30 cm de diamètre, le positionner un peu partout
>> sur l’ouverture, et faire un star test à chaque fois. Si
>> le start test est bon sur toute sous-partie de 20 cm,
>> alors le miroir est bon ! Qu’en penses-tu ?

Ca serait un genre de "stitching": en faisant un "star test"...a mon avis ca ne marchera pas : tu seras incapable de voir un defaut de pente douce sur ton miroir de cette facon. Pour que cela marche, il faudrait que tu regardes aussi ou se focalise la lumiere issue de chaque zone non masquee dans le plan focal pour chaque position de ton masque. Et pour faire cela sans equivoque (turbulence, suivi) il faudrait les images de toutes les zones en meme temps : cela s'appelle un test de (Shack)-Hartmann.

On sait polir des petites optiques a quelques angstroms en rugosite. Pour l'astro, les grands miroirs , comme 8m, c'est plutot quelques dizaines d'angstroms, le nm donc. Les defauts de haute frequence spatiale environ 10 fois plus grands. A noter qu'en astro, polir a mieux que cela les grands miroirs exposes a l'air libre n'a pas grand interet car quelques journees ou semaines de depots de poussieres font perdre cette qualite de surface.

Phil01150 : tout a fait d'accord avec toi. Effectivement le fait que les forces exactes de supportage lors du polissage ou controle ne soit pas connues precisement n'est pas important du tout. Il faut juste que l'on soit dans les tolerances donnees et que la position des points de supportage soient connus.
La valeur exacte a donner en cours d'utilisation sur le barillet reel precis, est defini par l'optique active.
Donc il etait inutile de donner a la REOSC des valeurs precises de forces a respecter sur chaque support, ca aurait ete compliquer inutilement le travail et faisait perdre l'interet de l'optique active : relaxer les tolerances sur les aberrations basses frequences spatiales (qui seront a posteriori corrigee par l'optique active en meme temps que les autres aberrations qui apparaitront dues a la deformation du barillet et telescope a cause de chgt d'inclinaison, temperature etc....).

Stephane

[superpoilu 0]

Je te remercie pour ta proposition Stéphane .

Je suis bien content de vous lire, toi et Phil, à propos de la rugosité. Voilà qui remet quelques pendules à l’heure.
Au sujet de la diffusion, il paraît qu’une aluminure peut aussi diffuser de la lumière, notamment quand elle vieillit. Est ce que vous confirmez ?
Est-il vrai que les grands miroirs d’observatoire n’ont pas de protection de l’aluminure, il me semble avoir lu ça quelque part ? Sur quels critères sont déclenchées les réaluminures : aspect visuel du miroir ou diffusion trop importante ?

Au sujet des star tests je me suis peut être mal expliqué : je pars du principe que j’ai un grand miroir, sans optique active, et dans un mauvais site. Pour fixer les idées, disons un 800 mm là ou le r0 ne dépasse jamais 200 mm. Ce qui m’intéresse c’est de savoir si le miroir est bon, compte tenu de ces conditions de turbulence.
Evidemment, si j’évalue ce miroir sur des petites portions, je passe à côté des défauts de pente douce, et je ne peux pas accéder à sa précision globale en lambda PTV par exemple. Mais dans mon cas est-il important de savoir si mon miroir est à L/3 ou L/10 ? Le CIR est probablement mieux adapté. Or si j’ai bien compris le CIR, il est relativement peu affecté par les défauts de pente douce, dont les effets sont noyés par la turbulence. Alors autant se concentrer sur les défauts de plus forte pente, qui impactent fortement le CIR.
Bien sûr évaluer un miroir par petits bouts ne peut constituer un véritable test, mais je me demandais si au niveau amateur, ça ne pourrait pas être un moyen d’avoir un avis sur l’optique, utilisable en présence d’une forte turbulence qui a peu de chances de disparaître un jour.

[Ce message a été modifié par superpoilu (Édité le 11-05-2007).]

[sguisard 121]

>> Est-ce que l'aluminure peut diffuser la lumiere notamment
>> quand elle viellit ?"

Oui bien sur, suivant les conditions d'expositions, des micropiqures peuvent apparaitre....mais bon ca serait deja une aluminure vraiment vieille ou qui a ete maltraitee par l'humidite et la poussiere.

A l'ESO tout au moins on ne protege pas l'aliminure mais on la refait tres frequement entre 18 et 24 mois suivant les telescopes. Pour le VLT c'est fixe : tous les 18 mois pour avoir toujours la meilleure reflectivite.

J'avais bien compris ton test avec sous pupille, mais vraiment je ne pense pas que cela marche. Sous ta sous pupille tu ne verra pas un defaut de pente douce du miroir, mais integre sur le diametre complet du miroir ce defaut de pente douce peut avoir un grand effet dans le plan focal.
La seule conclusion que tu pourrais faire eventuellement c'est que si c'est mauvais deja sur une sous pupille petite ca risque de ne pas etre formidable sur le miroir complet.
Mais si tu vois que c'est bon sur ta sous pupille tu ne pourras rien conclure.

Stephane

Stephane