Shack-Hartmann - Définition

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Le Shack-Hartmann est un analyseur de front d'onde, un instrument permettant de mesurer la déformation du front d'onde (ou phase) d'un faisceau optique. Son utilisation est assez large, de la caractérisation de miroirs jusqu'à l'ophtalmologie (L’ophtalmologie est la branche de la médecine chargée du traitement des maladies...).

Principe de mesure

Un Shack-Hartmann (Le Shack-Hartmann est un analyseur de front d'onde, un instrument permettant de mesurer la...) est composé d'une matrice de micro-lentilles, placée devant un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) sensible à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) (le plus souvent une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) CCD). Ces deux composants sont situés dans des plans parallèles.

À l'arrivée d'un faisceau, chaque micro-lentille génère sur le capteur un point (Graphie) de focalisation, dont la position varie, en fonction de la déformation locale du front d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...), autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de sa position de référence, correspondant à un front d'onde non déformé.

L'image donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) par le capteur est ainsi une matrice de taches dont le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) correspond au nombre de micro-lentilles. La déviation de chaque tache par rapport à sa référence donnant la pente (ou dérivée) locale du front d'onde, l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des déviations donne directement le gradient du front d'onde. Des algorithmes permettent alors de remonter au front d'onde.

Si un front d'onde est plan ou sphérique (c’est-à-dire issu d'une source lumineuse ponctuelle), les micro-lentilles génèrent une matrice de taches dont l'espacement est parfaitement régulier. Cet espacement est directement relié à la courbure du front d'onde (qui est directement reliée à la distance de la source) : plus celui-ci est courbé, plus les taches seront espacées.

Le capteur permet d'effectuer la mesure de front d'onde en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel. Celui-ci étant relié à un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...), un programme informatique (Un programme informatique est une liste d'ordres indiquant à un ordinateur ce qu'il doit faire. Il...) recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur l'image la position des taches, calcule leur déviation par rapport à leur tache de référence respective, puis remonte au front d'onde.

Historique

En 1880, Johannes Franz Hartmann, un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) allemand, eu l'idée de mettre une plaque de trou devant un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) de type Cassegrain, et de capturer sur une plaque photo (dans un plan intra ou extra focale) le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) reçu via une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...). Une telle plaque de trou échantillonne le front d'onde mesuré. Le comportement du front d'onde est ainsi analysé par petite portions, les trous décomposant le front d'onde élémentaire en portions de front d'onde. À l'époque de Hartmann, les mesures se faisaient au double-décimètre directement sur la plaque photo.

En 1970, Roland Shack, un physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) américain, eut l'idée de remplacer la plaque de trou par des microlentilles. L'intérêt des microlentilles (de section carrée) est principalement de ne plus perdre de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) lumineux (taches plus lumineuses) et d'obtenir un " bras de levier " rendant la mesure plus précise.

En 1985, l'ONERA a participé au développement du principe du Shack-Hartmann dans but de faire de l'image haute résolution (optique adaptative) ainsi que pour améliorer la focalisation des lasers de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) dans des buts militaires.

Applications

Métrologie (La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large.) et alignement

Optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations...)

En optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) adaptative, le Shack-Hartmann est conjugué (En mathématiques, le conjugué d'un nombre complexe z est le nombre complexe formé de...) à un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) déformable. Il mesure les déformations à corriger, et un algorithme calcule à partir de ces informations la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) à envoyer au miroir pour que celui-ci corrige la déformation.

Ophtalmologie

En ophtalmologie, le Shack-Hartmann est utilisé pour réaliser la tomographie in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine...) de la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une...) humaine à haute résolution latérale et axiale, afin d’obtenir des images des différentes couches de la rétine, c’est-à-dire de " plonger dans la profondeur " de ce tissu, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en visualisant les cellules une par une.

Caractérisation de lasers

Industriels

Différents acteurs se partagent le marché du Shack-Hartmann. Les plus connus sont :

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