C'est un télescope Cassegrain coudé avec table Nasmyth à monture altazimutale de 1,54 m de diamètre, de 31 m de distance focale, avec deux axes de rotation, l' un vertical, l'autre horizontal, le primaire étant un paraboloïde de révolution et le secondaire un hyperboloïde de révolution. Un miroir tertiaire plan permet de renvoyer le foyer sur l' axe horizontal (foyer Nasmyth).
A l'origine le Laser a été fourni par la société QUANTEL, mais des modifications ont été apportées par l'équipe afin d'améliorer la fiabilité (stabilité de l' énergie et de la direction d' émission), la répartition de l'énergie dans la tache (meilleur mode de propagation T.E.M.00 correspondant à une meilleure répartition gaussienne de l'énergie sur la lune), l' isolation entre l' oscillateur et les amplificateurs (par adjonction d'un isolateur de Faraday).
C'est un laser YAG solide (Yttrium,Aluminium,Grenat) émettant 10 tirs par seconde, chaque tir est composé d'une impulsion d’environ 300 ps de largeur à mi-hauteur. L'énergie par tir est alors de 400 mJ, soit 200 mJ dans le vert et 200 mJ dans le proche Infrarouge (IR). En effet, le laser YAG émet dans l’IR à 1064 nm et par doublage de fréquence dans un cristal non linéaire on obtient du vert (532 nm) avec 50 % de rendement. Il y a quinze ans le vert était plus facile à détecter que l’IR avec des photomultiplicateurs, maintenant, avec les photodiodes à avalanche, il est surtout plus précis. La station a déjà obtenu des résultats sur la Lune dans les deux couleurs.
Un second laser YAG émettant des impulsions plus courtes,
de 20 ps, est en cours de mise en opération, donc avec plus de précision
et moins d’énergie. Il sera surtout utilisé pour les tirs
sur des satellites lointains (de 5000km à 36000km).
Un système de deux miroirs tournants à 10 tours par seconde
environ permet de commuter alternativement les trois fonctions du télescope
à savoir : émission du laser, pointage sur la caméra,
réception sur les détecteurs.
La vitesse de rotation des disques dépend de la distance au
réflecteur visé et doit être précise à
10-8 près.
On utilise une photodiode pin InAsGas avec beaucoup de photons InfraRouge
du laser. Sa précision est de l'ordre de 10 picosecondes
On utilise une photodiode à avalanche Si en simple photon avec une haute tension continue de -136 V sur laquelle on superpose au moment du retour espéré pendant 100 ns un créneau de -120 V. Dans ces conditions, la sensibilité de la diode est extrême (rendement quantique supérieur à 20 %) et le gain électronique très grand (@ 1010 ), on obtient ainsi une impulsion de plusieurs volts pour un simple photoélectron (photon qui a été détecté) avec un sigma sur le temps de transit dans la diode de 50 ps. Cette diode est refroidie par effet Peltier à - 40oC.
Les impulsions de chaque détecteur sont envoyées sur des dateurs pilotés en fréquence par une horloge atomique et donc synchronisés entre eux. La précision de chronométrie entre la date de départ et celle de retour est de 7 ps.
Derrière le télescope se trouvent à disposition deux caméras, l'une C.C.D. classique travaillant pour la Lune, l'autre C.C.D. Intensifiée travaillant pour les satellites lointains de faible luminosité. Pour obtenir des échos sur la Lune , en plus de la nécessité d'un "beau ciel", il faut avoir un pointé à mieux que 1" d'arc, c'est-à-dire, d'une part un réglage optique des trois voies, (émission, pointage et réception), à mieux que 0.3" d'arc, d'autre part un pointé très précis, à partir d'un cratère de référence éclairé sur la Lune ou à défaut à partir d'une étoile voisine de la Lune, qui permet d'annuler les irrégularités de rotation de la Terre. Pour les satellites, que nous voyons rarement (excepté de nuit s’ils sont eclairés par le soleil), nous faisons une recherche en escargot en déplaçant le pointé autour de la position prédite jusqu’à voir apparaître les échos de retour.
La station utilise deux ordinateurs de type PC, le premier sert uniquement au contrôle du télescope à partir d'une éphéméride, qui est ensuite corrigé par un pointé sur un cratère ou sur une étoile de référence; le second assure en temps réel toute l'expérience Laser-Lune:
* rotation et contrôle de vitesse des deux miroirs tournant
* mise en route et arrêt du laser
* un affichage "distance Observée - distance prédite
(Calculée) (ce qu'on appelle O-C)" en fonction du temps.
Ceci se traduit par une ligne horizontale plus ou moins continue
de points (correspondants aux photoélectrons de retour du laser)
située à O-C = 0 si la prédiction était juste,
située par exemple à O-C = +1ns si la prédiction était
trop courte de 15cm. Si la prédiction était plus fausse,
la droite s'inclinerait, puis plus fausse encore se transformerait en portion
de sinusoïde. D'autres points correspondants à des photoélectrons
de bruit électronique ou de photons de lumière autre que
du laser vont se superposer aléatoirement sur le diagramme. Simultanément
l'ordinateur construit un histogramme des O-C, où il trace avec
des canaux de 400 ps de large, le nombre de photoélectrons par canal
entre –50ns et +50ns autour de la prédiction.
Quelques remarques:
OCA Laser-Lune
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