51. SAXO: the extreme adaptive optics system of SPHERE (I) system overview and global laboratory performance
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Denis Perret, Kjetil Dohlen, Cyril Petit, Mark Downing, Hans Martin Schmid, Philippe Feautrier, Jean-François Sauvage, Dimitri Mawet, Anne Costille, David Mouillet, Julien Girard, Marcos Suarez, Arnaud Sevin, Bernardo Salasnich, Francois Wildi, Arthur Vigan, Ronald Roelfsema, Pierre Baudoz, Markus Kasper, Pascal Puget, Sylvain Rochat, Christian Soenke, Enrico Fedrigo, Thierry Fusco, Jared O'Neal, Andrea Baruffolo, Jean-Luc Beuzit, Emmanuel Hugot, ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon], ONERA, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Southern Observatory (ESO), INAF - Osservatorio Astronomico di Padova (OAPD), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Observatoire Astronomique de l'Université de Genève (ObsGE), Université de Genève (UNIGE), Institut de Planétologique et d'Astrophysique de Institut de Planétologique et d'Astrophysique de Grenoble, Institute of Astronomy [ETH Zürich], Department of Physics [ETH Zürich] (D-PHYS), Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology in Zürich [Zürich] (ETH Zürich)-Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology in Zürich [Zürich] (ETH Zürich), NOVA-ASTRON, ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Genève = University of Geneva (UNIGE), Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich)- Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich), ITA, FRA, DEU, NLD, and CHE
- Subjects
IMAGERIE À HAUT CONTRASTE ,OPTIQUE ADAPTATIVE ,7. Clean energy ,01 natural sciences ,law.invention ,010309 optics ,Telescope ,law ,Observatory ,0103 physical sciences ,Adaptive optics ,010303 astronomy & astrophysics ,Instrumentation ,Coronagraph ,Remote sensing ,EXOPLANETE ,Physics ,Very Large Telescope ,Mechanical Engineering ,Strehl ratio ,Astronomy and Astrophysics ,H band ,Exoplanet ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Space and Planetary Science ,Control and Systems Engineering ,[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic - Abstract
International audience; The direct imaging of exoplanet is a leading field of today’s astronomy. The photons coming from the planet carry precious information on the chemical composition of its atmosphere. The second-generation instrument, Spectro-Polarimetric High contrast Exoplanet Research (SPHERE), dedicated to detection, photometry and spectral characterization of Jovian-like planets, is now in operation on the European very large telescope. This instrument relies on an extreme adaptive optics (XAO) system to compensate for atmospheric turbulence as well as for internal errors with an unprecedented accuracy. We demonstrate the high level of performance reached by the SPHERE XAO system (SAXO) during the assembly integration and test (AIT) period. In order to fully characterize the instrument quality, two AIT periods have been mandatory. In the first phase at Observatoire de Paris, the performance of SAXO itself was assessed. In the second phase at IPAG Grenoble Observatory, the operation of SAXO in interaction with the overall instrument has been optimized. In addition to the first two phases, a final check has been performed after the reintegration of the instrument at Paranal Observatory, in the New Integration Hall before integration at the telescope focus. The final performance aimed by the SPHERE instrument with the help of SAXO is among the highest Strehl ratio pretended for an operational instrument (90% in H band, 43% in V band in a realistic turbulence r0, and wind speed condition), a limit R magnitude for loop closure at 15, and a robustness to high wind speeds. The full-width at half-maximum reached by the instrument is 40 mas for infrared in H band and unprecedented 18.5 mas in V band.; L'imagerie directe d'exoplanètes est un domaine phare de l'astronomie actuelle. Les photons issus de la planète sont porteurs d'une information précieuse sur la composition chimique de son atmosphère. L'instrument de seconde génération SPHERE, Spectro-Polarimetri High-contrast Exoplanet Research, dédié à la détection la photométrie et la caractérisation spectrale de planètes joviennes, est maintenant en opération sur le très grand télescope Européen (VLT). Cet instrument repose sur une optique adaptative à très hautes performances (XAO) pour compenser les turbulences atmosphériques, comme les défauts optiques internes de l'instrument lui-même. Nous démontrons les très hauts niveaux de performance atteint par l'instrument SPHERE et son système de XAO SAXO, pendant la phase d'intégration (AIT). Pour pleinement caractériser les performances de l'instrument, deux périodes d'AIT ont été obligatoires. Dans la première phase à l'Observatoire de Paris, les performances de l'optique adaptative seule ont été obtenues. Dans la seconde phase à l'observatoire de Grenoble, l'opération de SAXO en interaction avec le reste de l'instrument ont été optimisées. En sus, une vérification finale a été faite au foyer du télescope. Les performances atteintes par SPHERE avec l'aide de SAXO sont parmi les plus hauts rapports de Strehl jamais atteint pour un instrument opérationnel (90% en bande H, 43% en bande V, sous hypothèse de turbulence et de vent classiques), et surtout une magnitude limite de R=15. La FHWM (largeur à mi-hauteur, la résolution de l'instrument) atteinte en bande H est de 40mas, et atteint une valeur sans précédent de 18.5mas en bande V.
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- 2016
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