First results of Wavefront sensing on SOTA

Description

For satellite to ground laser links, atmospheric turbulence is a major cause of impairments. The induced phase perturbations along the propagation path cause beam scintillation in the receiver plane and they can also severely compromise the coupling of the flux into a receiver of limited size. To address these impairments, dedicated mitigation strategies must be developed. This requires accurate understanding of the perturbation origin. Beam propagation models have demonstrated their ability to reproduce statistical characteristics of optical perturbations on a satellite to ground laser link for elevations as low as 20°. For smaller elevations, measurements performed on stars illustrated the limits of analytical approaches and the interest for end-to-end models. We report here the first propagation channel measurements performed on a LEO microsatellite with a Shack-Hartmann wavefront sensor (WFS). The laser beam at 976 nm provided by SOTA optical terminal have been analyzed with a Shack- Hartmann wavefront sensor located at Coudé focus of the French ground station (1,55 m MéO telescope) in July 2015. Wavefront characteristics and scintillation patterns recorded with the WFS are analyzed and compared to atmospheric turbulence perturbations model fed with in situ measurements of atmospheric parameters retrieved from GDIMM.

Abstract (French)

La turbulence atmosphérique est la principale cause de dégradation des liens laser sol satellite. Les perturbations de phase induites le long du cana de propagation conduisent à de la scintillation dans le plan du récepteur et peuvent sévèrement compromettre le couplage du flux dans un récepteur de petite dimension. Pour résoudre ces problèmes, différentes stratégies dédiées doivent être développées. Cela nécessite une compréhension précise de l'origine des perturbations. Les modèles de propagation de faisceau ont démontré leur capacité à reproduire les caractéristiques statistiques des perturbations optiques affectant un lien laser satellite sol pour des élévations descendant à 20°. Pour des élévations plus petites des mesures réalisées sur étoiles ont démontrées toutefois les limites de ces approches analytiques et l'intérêt de modèles de type Monte-Carlo. Nous faisons état ici des premières mesures sur un canal de propagation établi avec un microsatellite LEO grâce à un analyseur de Shack Hartmann. Le faisceau laser à 976nm est fourni par le terminal optique SOTA et analysé grâce à un Shack Hartmann situé au foyer coudé d'une station française (télescope MéO de 1.55m) en juillet 2015. Les caractéristiques du front d'onde et les structures de scintillation enregistrées avec l'analyseur sont analysées et comparées aux modèles de perturbation de la turbulence atmosphérique alimentés par les mesures in situ des paramètres atmosphériques tels que fournis par un GDIMM.

Abstract

International audience

Additional details