L’instrument SPHERE, installé au télescope UT3 de l’ESO VLT Paranal au Chili, a pour principal objectif de détecter et de caractériser, au moyen de l’imagerie directe, des exoplanètes géantes en orbite autour d’étoiles proches. Le projet a été piloté par l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, avec une très importante contribution du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille pour les parties scientifiques, techniques et le management.
Groupe R&D optique & instrumentation
ELT HARMONI
HARMONI (High Angular Resolution – Monolithic – Optical and Near-infrared – Integral field spectrograph) est l’un des instruments de première lumière du télescope de l’ESO ELT (European Extremely Large Telescope).
2018
2019
Publications
Nouvelles
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Thématiques de Recherche
Le groupe R&D du LAM a une mission d’innovation dans les domaines de l’optique appliquée à l’astronomie, avec des activités de réalisation pratique d’instruments pour la communauté, et de recherche instrumentale à long terme.
Dans ce cadre, le GRD propose des technologies de rupture, réalise des démonstrations de concepts en laboratoire et sur le ciel, et propose des technologies innovantes éprouvées pour la prochaine génération de télescopes et d’instruments, au sol ou dans l’espace.
Une compréhension approfondie des objectifs de la communauté astrophysique permet de mettre en évidence les limitations actuelles et de susciter des propositions instrumentales innovantes. C’est la vision à long terme avec un objectif de 20-30 ans qui renforce l’originalité des activités techniques du LAM et peut déclencher l’implication du LAM dans les futures grandes missions.
Nous réalisons des preuves de concepts qui permettent ensuite l’utilisation de technologies innovantes dans les futures instrumentations, via le développement de démonstrateurs instrumentaux, la caractérisation de leurs performances, et la validation des technologies en conditions réelles. Ces activités stimulent de nombreuses interactions avec des partenaires académiques et industriels.
Ces recherches sont in fine valorisées et intégrées dans les grands instruments servant la communauté ou vers des applicatifs hors astronomie et pluri-disciplinaires.
Le GRD rassemble ainsi des compétences complémentaires couvrant un large éventail d’activités, des miroirs des télescopes aux détecteurs et à la réduction des données, en passant par l’Optique Adaptative (OA) et le développement d’instruments innovants. Les thèmes de recherche sont structurés selon quatre axes scientifiques abordant les questions d’imagerie à haute résolution angulaire (HRA) et à haut contraste (HCI).
Alumnis
Membres
ERC POC CURVE-X
ERC Proof of Concept aiming at supporting the rise of the start-up CURVE-ONE, dedicated to the commercialization of curved visible imagers.
ANR WOLF
Europe has just launched the construction of the largest ground-based telescope : the ELT. In operation by 2024, this 40m giant will open a new era in astronomy. It will answer fundamental questions from the search and characterization of extra-solar planets (the ultimate goal being the exo-earth imaging) to the formation and evolution of the first galaxies of the Universe. In order to achieve these ambitious objectives, telescopes have to correct aberrations introduced by the atmosphere in real time ; this is the role of Adaptive Optics [AO].
OPTICON – H2020
The R&D group is strongly involved in the OPTICON-H2020 program. We are working on 5 work packages on the following aspects :
– Developments in adaptive optics towards the E-ELT
– Enabling freeform active mirrors
– Enabling 3D printed smart structures and mirrors
– Innovative detectors
ERC STG ICARUS
The ICARUS program will focus on the development of 3D-printing of Freeform active mirrors as well as the development of curved detectors, to combine such breakthrough technologies into smart, compact, affordable and high performance optical systems for astronomy and beyond.
ERC STG HIRISE
HiRISE objective is the fiber-coupling of SPHERE and CRIRES+ on the VLT, to reach high spectral resolution on imaged exo-planets.
MSCA MOAI
The ambition of the project MOAI (MethOds And Instrumentation for laser guide star wavefront sensing) is to evaluate the feasibility of tip-tilt correction with Polychromatic Laser Guide Stars, and investigate and propose innovative concepts for LGS Wave-Front Sensing.
ANR APPLY
Tous les télescopes de la classe 8/10m sont aujourd’hui équipés par de l’OA, et la prochaine génération de télescope extrêmement grand (les « ELT ») ne fonctionneront qu’avec celle-ci. Par conséquent, la communauté astronomique exposée aux données corrigées de l’OA croît de manière exponentielle.
Cependant, les progrès technologiques exceptionnels réalisés en OA n’ont pas été suivis par une avancée comparable dans le développement des méthodes d’analyse des données associées. En particulier, un point critique lors de l’analyse des données d’OA concerne la séparation de la contribution instrumentale. Celle-ci est encodée dans la fonction d’étalement de point ou « PSF » de l’instrument.
Détecteurs et Plans Focaux Innovants
Les détecteurs et les plans focaux innovants sont des développements cruciaux pour permettre aux observatoires astronomiques de faire le prochain saut. La réduction du bruit de lecture, l’augmentation de l’efficacité quantique, la mise en œuvre de détecteurs de grand format à faible bruit, ainsi que de détecteurs courbes, font partie des principaux défis à relever. De plus, la mise en forme des faisceaux avant le plan du détecteur est une étape fondamentale qui peut bénéficier des développements innovants sur les optique free-form et de nouvelles méthodes de conception optique.
Imagerie à Haut Contraste
Depuis une dizaine d’années, une nouvelle thématique de recherche concernant les composants micro-opto-électro-mécaniques (MOEMS) en vue de leur intégration dans les instruments astronomiques de prochaine génération sont en développement au LAM.
Les MOEMS sont issus des technologies matures de la micro-électronique et apparaissent être indispensables dans la conception des futurs instruments astronomiques aussi bien pour des télescopes au sol que dans l’espace.
Ce sont les composants-clés dans la construction d’instruments plus petits, moins chers, plus légers et surtout plus efficaces.
Optique adaptative
Adaptive Optics (AO) is a technique that allows to correct the effects of the atmospheric turbulence, in order to increase the performance of ground based telescope. At LAM, researchers and engineers are conducting innovative research activities in AO and developing the next generation of instruments.
Conception et Fabrication Optique
Le but de nos recherches en Optique Active (Instrumentation innovante) est l’amélioration des performances des télescopes et instruments au sol et spatiaux afin d’obtenir une qualité d’image maximale. On distinguera trois approches :
– La fabrication optique par polissage sous contraintes, qui permet d’obtenir des surfaces asphériques complexes de très haute qualité,
– L’utilisation de miroirs actifs dans les instruments pour maintenir la forme optimale du front d’onde et utiliser des concepts optiques variables,
– La recherche de nouveaux concepts optiques permettant de minimiser le nombre de surfaces et augmenter le flux transmis.
Présentation
Innovation et Recherche en Instrumentation et Systèmes
Le groupe R&D du LAM a été fondé en 1970 par André Baranne. Il est actuellement composé de 13 chercheurs, chercheuses, et astronomes, et accueille chaque année une quinzaine de doctorants, doctorantes, et postdocts. Il regroupe des personnels du LAM et des personnels de l’ONERA détachés au LAM.
Les activités de recherche du groupe R&D portent sur l’amélioration de l’instrumentation en UV, optique et infrarouge pour l’astronomie. Le groupe suit d’une part une mission long terme de développement de concepts instrumentaux innovants, et d’autre part une mission de réalisation pratique d’instruments en participant aux programmes majeurs d’instrumentation astronomique sol et espace, tels que VLT-SPHERE, ELT-HARMONI, NASA Roman Space Telescope. Nos activités de recherche ouvrent la voie vers des développements en dehors de l’astronomie, notamment en lien avec des applications bio-médicales et avec l’observation de la Terre. Nous comptons parmi nos partenaires des acteurs tels que le CNES, l’ESO, l’ESA, et la NASA.
Les thèmes de recherche du groupe sont structurés autour de quatre axes scientifiques :
– La conception et la fabrication de miroirs de très haute qualité optique
– La conception de détecteurs de pointe et l’utilisation innovante de plans focaux
– L’optique adaptative
– L’imagerie à haut contraste
Les responsables de l’équipe sont Benoit Neichel et Elodie Choquet.
Janvier 2021
In Memoriam of André Baranne, founder of the group
C’est avec une grande tristesse que nous avons appris la disparition, mardi 26 Janvier, de notre collègue André Baranne. En plus d’être un opticien de génie, et le père des spectrographes à vitesse radiale modernes tel qu’ELODIE qui permit la détection de la première exoplanète autour de l’étoile 51Pegasus par M. Mayor et D. Queloz, il fut également le fondateur du Laboratoire d’Optique de l’Observatoire de Marseille (LOOM), devenue aujourd’hui notre équipe GRD.
Novembre 2020
Congratulations to Mathieu VACHEY for hi Ph.D degree granted this November 25th for his work on “Next generation spectro-imagers for Universe and Earth observation” !
Congratulations to Grégoire HEIN for hi Ph.D degree granted this November 23rd for his work on “Optical Segmentation of focal planes using freeform optics” !
Welcome to Emile KLOTZ, new Ph.D student to join the team this year ! Emile will work on “Dynamical reconfiguration of a network of optical ground stations assisted with machine learning”, supervized by Thierry FUSCO from GRD and Sidonie LEFEBVRE at ONERA. Welcome !
GRD also had its annual All-Hands meeting this month, in which we welcomed all our new PhD students, new postdoc, and new faculties and introduced the team, its organization, and its activities.
This November was also the formal presentation of the LAM-ONERA Common Research Lab to the LAM Science council and staff. This structure is created to secure and develop their common activities around high angular resolution.
In November, we also successfully polished 2 new super-polished off-axis parabolas for the Roman Space Telescope Coronagraphic Instrument, with mid-spatial frequencies errors of less than 2nm rms. They will be delivered to JPL mid-December. Congrats to the team !
Also, the freeform primary mirror of the CASTLE telescope has been completed at Winlight Optics, with an exquisite surface quality (15nm RMS surface error, 6nm HF, 1nm roughness) and the Dome has also been ordered this month. It will be installed on top of the Calar Alto Observatory during Spring next year.
Finally, a new project has been formally kicked off this month in the team, named ESCAPE (Exoplanetary Systems with our Coronagraphic Archives Processing Engine). This project is the PhD topic of Chen XIE and aims at developing new processing methods for high-contrast imaging based on archives mining.
Septembre 2020
Congratulations to Sabri LEMARED for his Ph.D degree granted this September 30th for his work on “Stress-polishing of large light-weight space mirrors for Earth and space observations” !
Congratulations to Simona LOMBARDO for wining the Rising Talent prize for Women from the L’Oreal Foundation – UNESCO, recognizing her work for developing the CASTLE inovative telescope !
Also this month, the traditional GRD seminars are starting again after the summer break. A new duet formed by Iva LAGINJA and Felipe PEDREROS BUSTOS are taking over the organization. Stay tuned for the upcoming seminars !
This month, our new GRD member Faustine CANTALLOUBE has published an article in Nature Astronomy about the impact of climate change on large observatories (https://rdcu.be/b61Oh). This paper is part of a special issue about Climate change in Nature Astronomy. Congrats for this major work !
Août 2020
The National Specific Action for High Angular Resolution (ASHRA) has selected three GRD members to sit in its Scientific Committee : Benoit NEICHEL and Elodie CHOQUET, along with Service Optics Anne COSTILLE, as LAM representatives, and Jean-François SAUVAGE as ONERA representative. This is a strong representation among a total of 14 members. https://ashra.oca.eu/fr/composition/.
Due to the COVID19 travel restriction, the summer School about High Angular Resolution, initally planned at OHP, is now going virual and the teaching team is working hard to making it a great school regardless ! The new format now allows to have even more students, we are now aiming at 50 students attending.
Juillet 2020
GRD will have two new staff researcher joining the team ! Faustine CANTALLOUBE, currently postdoc at MPIA (Heidelberg) will join the team as a CNRS Researcher in Feb. 2020. Romain FETICK, currently PhD student at LAM, will join the team as an ONERA Research Engineer and will share his time between LAM (75%) and ONERA (25%).
Also, this month we are recruiting a new Research Engineer to work on the prototyping activities of HARMONI : Claude SANZ is joining Service Optics to work on the Laser Guide Star Wave-Front Sensor (LGSWFS) prototype. Welcome !
This month, we are happy to finally welcome on-site at LAM Iva LAGINJA and Felipe PEDREROS BUSTOS after an arrival delayed by the COVID19 lockdown. Welcome !
Juin 2020
This month, the HiRISE visitor instrument proposal has been officially submitted to ESO by the team. The proposal is the results of a 2-year study done in collaboration with partners from France, Germany, Chile and the United-Kingdom. The proposal will now be evaluated by ESO and hopefully validated by the STC. In the meantime the development will continue with the goal to reach a final design by the end of the year. Congrats to the HiRISE team !
This month too, the Società Astronomica Italiana awarded the Giuseppe Lorenzoni prize to Simona LOMBARDO for her paper “SCALA : In situ calibration for integral field spectrographs”, thus recognising her major PhD work. Congrats Simona !
Also this month, The LUVOIR team for the 2020 Decadal has been recently awarded with the NASA Group Achievement Award for the LUVOIR Science and Technical Definition Team (STDT) as well as several Robert H. Goddard awards for the LUVOIR STDT, the engineering team and key people. Congrats to the LUVOIR team, which included Marc FERRARI as international member and had a significant LAM contribution for the POLLUX instrument study !
Finally, two new papers were published in the team this June 2020 :
Fetick et al., accepted in MNRAS :Blind deconvolution in astronomy with adaptive optics : the parametric marginal approach
Lombardo et al., white paper on ArXiv : CASTLE : performances and science cases.
Mai 2020
The prestigious Great Science Prize of the Charles Defforey Foundation as been awarded this month to the six lead actors in the design and realization of the SPHERE instrument, among which our very own GRD members Jean-Luc BEUZIT and Thierry FUSCO. A well-deserved award ! Congratulations to the team !
Link here
Following his postdoc position at ONERA/LAM, Olivier BELTRAMO-MARTIN is starting a new postdoc position at LAM this month. Olivier will now work for the ANR APPLY on the development of Artificial Intelligence techniques for PSF reconstruction and AO-assisted data post-processing. Congrats !
Also this month, several GRD members took part to the first (virtual) face-to-face meeting of the ELT Working Groups organized by ESO to prepare for observations with the ELT.
Also, this month the MAVIS Phase A document, in which GRD members have been significantly involved, was submitted to ESO, for an official review May 26-27.
Finally, a new publication from the team was accepted for publication in A&A. Congrats Vincent CHAMBOULEYRON !
Chambouleyron et al., accepted in A&A : Pyramid wavefront sensor Optical Gains compensation using a convolutional model.
Avril 2020
New article from PhD student Anne-Laure Cheffot et al. published in Optics Express about Measuring the cophasing state of a segmented mirror with a wavelength sweep and a Zernike phase contrast sensor. Congrats !
Mars 2020
During the confinement set against the COVID19 pandemic, the GRD group is still fully operational. Most of our research can be done by teleworking and remote control of our testbeds.
Unfortunately, the starting date of two new members has to be postponed, although both have been integrated to the team through our remote communication channels.
Iva LAGINJA, 2nd year PhD student in partnership between STScI (Baltimore, R. Soummer) and ONERA (JF Sauvage, T. Fusco). Iva works on cophasing segmented telescopes for high-contrast imaging applications. After 1.5yr at Baltimore, Iva is to finish her PhD program here at LAM.
Felipe BUSTOS PEDREROS, Marie Curie postdoctoral Fellow. Felipe works on wavefront sensing techniques using laser guide stars.
Welcome to the team !
Finally, this month we had three new publications in the team :
Lemared, Ferrari, et al., accepted in Optics Express : Stress mirror polishing for future large lightweight mirrors : design using shape optimization.
Correia, Fauvarque, et al., accepted in MNRAS : Performance limits of adaptive-optics/high contrast imagers with pyramid wave-front sensors.
Fusco et al., accepted in A&A : Reconstruction of the ground-layer adaptive-optics point spread function for MUSE Wide Field Mode observations.
