A Coronagraph with a Band-Limited Mask for Finding Terrestrial Planets
最近几种行星探测望远镜的设计使用了日冕仪，它在可见光波段工作，以抑制望远镜光轴上的星光，同时传输来自星周物质的任何离轴光。我们描述了一类分级的日冕照相图像掩模，其原则上可以提供轴上光的完美消除，同时最大化Lyot停止吞吐量和角分辨率。这些"带限“掩模作用于图像平面中的光强度，而不是相位。它们可以与几乎任何入射光瞳形状一起工作，前提是入射光瞳透射率是均匀的，并且可以与变迹的Lyot光阑组合以降低日冕仪对图像掩模中的缺陷的敏感度。我们讨论了一些实际限制的动态范围的日冕仪的背景下，基于空间的类地行星发现者（TPF）望远镜，并强调，从根本上说，光学成像行星周围的恒星是一个问题的精密制造和控制，而不是夫琅禾费衍射理论。
2002-03-26 astro-ph
Laboratory Testing of a Lyot Coronagraph Equipped with an Eighth-Order Notch Filter Image Mask
我们已经建立了一系列的陷波滤波器的图像掩模，使Lyot日冕不容易受到低空间频率的光学像差。在本文中，我们提出了在实验室中使用单色光的性能的实验结果。我们的测试表明，这些"八阶“掩模能够抵抗倾斜和焦点对准误差，并且在3 λ/D时可以产生2 x 10^-6的对比度，在10 λ/D时可以产生6 x 10^-7的对比度，而不需要使用诸如可变形反射镜之类的校正光学器件。这项工作支持最近的理论研究表明，八阶掩模可以提供一个大的搜索区域，高离轴吞吐量，和实际需要的指向精度的类地行星日冕。
2006-04-07 astro-ph
Comparative Lyot Coronagraphy with Extreme AO Systems
随着自适应光学技术的不断进步，恒星日冕将在地基高对比度成像观测中发挥越来越重要的作用。虽然对于最常见的日冕仪Lyot日冕仪存在几种不同的图像掩模，但还不清楚通过实施更复杂的设计，必须达到什么水平的波前校正才能在星光抑制或观测效率方面获得增益。在本文中，我们的图像平面Lyot式coronagraphs模型和测试其响应的波前校正水平的范围内，以确定制度的大气补偿的使用硬边缘，高斯，和带限的图像掩模成为观测上的优势。为了描绘性能，我们计算斑点噪声基底平均强度。我们发现，变迹掩模提供的硬边掩模，直到天空斯特列尔比超过$\sim0.88 \: S_{qs}$，其中$S_{qs}$是由光学系统提供的固有斯特列尔比小的改善。高于该值，4阶带限掩模通过以更高的Lyot光阑吞吐量生成可比较的对比度而优于高斯掩模。在该校正水平以下，可以优先选择硬边缘掩模，因为它们对低阶像差内容不太敏感。高阶带限掩模的使用被降级到准静态残留星光不能充分地从散斑零化硬件的搜索区域中去除的情况。
2007-02-27 astro-ph
10^{-7} contrast ratio at 4.5Lambda/D: New results obtained in laboratory experiments using nano-fabricated coronagraph and multi-Gaussian shaped pupil masks
本文介绍了在4.5 λ/D（λ = 0.820 μ m）下，通过将直径为2.5 λ/D的圆形焦平面掩模（日冕）与多高斯光瞳平面掩模相结合，对10^{-7}进行高对比度成像的新实验结果。这两个掩模都是使用光刻和金属剥离的纳米制造技术在非常高的表面质量（λ/30）BK 7光学基板上制造的。该工艺确保了成形掩模具有优于λ/4（均方根误差优于0.2微米）的可用边缘粗糙度，这是实现任何掩模设计的预测理论极限所必需的规范。虽然理论模型预测对比度水平为10^{-12}，但观察到的图像的背景噪声是散斑主导的，这将对比度水平降低到4.5 λ/D时的4 × 10 ^{-7}。光学装置是建立在伊利诺伊大学视宁改善系统（UnISIS）的光学表，这是在山的2.5米望远镜的Coude焦点。威尔逊天文台我们使用0.820微米的激光源与5微米的单模光纤耦合，在UnISIS的光学测试台上模拟人造星。
2005-04-05 astro-ph
On-sky observations with an achromatic hybrid phase knife coronagraph in the visible
四象限相位掩模恒星日冕，由D。Rouan等人，能够实现非常高的动态范围成像，并在直接探测太阳系外行星的背景下进行了研究。消色差四象限相位掩模目前正在开发的宽带红外应用。目的：我们报告在实验室和天空测试的原型日冕在可见光。这个原型，消色差混合相位刀电晕，是从四象限相位掩模的原则。方法：实现冠状动脉造影本身的仪器设置被设计为同时记录冠状动脉造影前后的图像，以便可以执行有效的实时图像选择程序。我们描述了日冕和相关的工具，使强大的和可重复的观测。我们提出了一个算法的图像选择，已经测试了对实际的天空数据的双星HD80081（* 38林）。结果尽管观察条件较差，但证明了该方法的有效性。从这个实验中，我们得出的程序，可以适用于未来的焦点仪器相关联的自适应光学和coronagraphy，针对高动态范围成像天文学，如探测太阳系外行星。
2007-06-28 astro-ph
Rectangular-Mask Coronagraphs for High-Contrast Imaging
我们提出了另一个新的家庭掩模高对比度成像所需的待建成的类地行星发现者太空望远镜。"最佳“设计包括一个具有4叶片蜘蛛的正方形入射光瞳，一个包含加号形状遮光器的正方形图像平面掩模，以阻挡0.6 λ/D内的星光，以及一个由矩形开口的矩形阵列组成的Lyot平面掩模。利用Fraunhofer分析，我们证明了光学系统可以在四个由{（xi，zeta）：1.4 <|习|< 20，1.4 <|Zeta| < 20}。由于设计涉及图像平面掩模，因此指向误差是一个问题。我们表明，该设计可以容忍约0.05 λ/D的指向误差。在入射光瞳中包括4叶片蜘蛛提供了构建仅反射镜的轴上系统的可能性，从而大大减少了偏振的负面影响。每个掩模可以被实现为由不透明材料的条带组成的两个掩模，其中条带彼此成直角取向。我们称这些条纹面具为条形码面具。我们表明，条形码掩模本身足以提供10^{-5}的对比度。这就保证了整个系统将提供所需的10^{-10}对比度。
2004-01-30 astro-ph
Eighth-Order Image Masks for Terrestrial Planet Finding
我们描述了一系列新的带限图像掩模的日冕仪，是不敏感的指向误差和其他低空间频率的光学像差。在吞吐量方面的成本不高的情况下，这些"八阶“掩模将使类地行星日冕物质抛射（TPF-C）的指向精度不高于哈勃太空望远镜。我们还提供八阶陷波滤波器掩模，这些掩模对指向误差具有相同的鲁棒性，并具有更易于管理的结构公差：具有中等光密度要求的二进制掩模和分级掩模。
2005-05-02 astro-ph
Results from the adaptive optics coronagraph at the WHT
本文介绍了4.2米威廉·赫歇尔望远镜（WHT）及其多用途仪器用纳史密斯自适应光学系统（NAOMI）的日冕观测设施的设计和调试。NAOMI系统的使用在2.2 μ m波长下给出了~0.15 arcsec的改进的图像分辨率。这使得自适应光学（OSCA）的优化恒星日冕能够使用更小的掩模来抑制恒星光，从而允许更接近明亮天体的区域被成像。OSCA提供了10种不同的掩模，直径为0.25 - 2.0 arcsec，包括两种全灰度高斯轮廓。还可以选择不同尺寸和形状的Lyot光阑（光瞳面掩模）。NAOMI分段镜的不同日冕照相选择的计算机模拟与下一代高度分段的超大望远镜有关。
2005-10-26 astro-ph
Using Notch-Filter Masks for High Contrast Imaging of Extrasolar Planets
我们提出了第一个实验室实验，使用陷波滤波器掩模，日冕图像掩模，可以产生无限的动态范围在一个理想的Lyot日冕根据标量衍射理论。我们使用电子束光刻机制造了第一个具有0.25 $\micron$精度的陷波滤波器掩模原型。我们最初的光学测试表明，原型掩模在3 $λ/D$下产生10 $^{-5}$的对比度水平，在$\sim 8λ/D$下产生10 $^{-6}$的对比度水平，吞吐量为27%。我们推测在哈勃太空望远镜中这样一个面具的“原样”性能。
2004-02-27 astro-ph
Spiders in Lyot Coronagraphs
原则上，日冕物质对轴上恒星光的抑制在无遮蔽孔径望远镜上比在有遮蔽孔径的望远镜上更容易。最近的设计，如变迹光瞳Lyot日冕仪，“带限”Lyot日冕仪，和相位掩模日冕仪的几个变种工作最好的无遮挡的圆孔望远镜。这些设计是为了发现和描述附近的木星甚至是类地系外行星而开发的。当今所有主要的天基和装备有自适应光学的地基望远镜都是模糊孔径系统，其副镜由副支撑“蜘蛛”叶片固定。二次遮蔽的存在可以通过巧妙的日冕仪设计来解决，但是蜘蛛叶片本身会产生衍射光，这会阻碍在附近恒星周围寻找木星系外行星。我们着眼于抑制蜘蛛叶片衍射Lyot日冕仪，包括变迹光瞳和带限设计的问题。我们展示了如何蜘蛛叶片衍射可以大大减少，事实上，包含在最终的coronagraphic图像中，在一个分辨率元素的焦平面掩模的遮挡点的几何图像。这使得自适应光学日冕搜索exojupiter可能的下一代自适应光学系统正在开发的8-10米级望远镜，如双子座和甚大望远镜。
2005-06-23 astro-ph
Optimal Asymmetric Apodizations and Shaped Pupils for Planet Finding Coronagraphy
太阳系外行星的直接成像在未来十年左右的技术上可能是可行的，这一认识激发了最近对高对比度成像的大量研究。我们自己也贡献了几个设计想法，所有这些都可以被描述为形状瞳孔冠状图。在本文中，我们提供了一个完整的和统一的调查非对称形状的瞳孔设计，其中一些已经发表在我们以前的论文。我们还介绍了一种很有前途的新设计，我们称之为条形码掩模。这些掩模实现了所需的对比度，具有相当大的发现区和吞吐量，但最重要的是，它们可能是最容易制造的，因此可能最适合基于矢量传播技术的精细分析。
2004-04-20 astro-ph
Low Order Aberrations in Band-Limited Lyot Coronagraphs
我们研究的方式与unapodized入口瞳孔Lyot日冕仪响应小，低阶相位像差。这项研究适用于地面自适应光学日冕仪工作在90%和更高的斯特列尔比，以及一些空间为基础的日冕仪具有固有的更高的斯特列尔比成像。我们利用单色点扩散函数的二阶展开（写为功率谱的幂级数的相位像差在通光孔径）推导出解析表达式的响应的“带限”Lyot日冕（BLC）小，低阶，相位像差。BLC具有一个焦平面掩模，掩模的不透明度分布是一个空间带限函数，而不是一个硬边，不透明的磁盘。BLC对于第一阶而言对倾斜和散光不敏感。减小焦平面掩模之后的再成像光瞳平面（Lyot平面）中的光阑的尺寸可以以系统吞吐量和角分辨率为代价来减轻散光的二阶效应。这种尺寸过小的最佳程度取决于个体仪器设计和目标。我们的分析工作产生物理洞察力，并补充现有的数值工作在这个问题上。我们的方法可以扩展到治疗通过带限Lyot日冕仪，通过使用我们的多项式分解或类似的傅立叶方法的高阶像差的通道。
2005-07-22 astro-ph
Prototyping coronagraphs for exoplanet characterization with SPHERE
用SPHERE（光谱偏振高对比度系外行星研究）探测和表征系外行星是一项挑战，特别是依赖于日冕仪衰减衍射星光的能力。SPHERE包括3台仪器，其中2台可以在0.95至1.8微米的近红外范围内同时操作。这一要求对于日冕测量是极其关键的。本文简要介绍了由法国巴黎天文台（LESIA）和法国尼斯大学（FIZEAU）组成的SPHERE联盟研制的两种日冕仪：半波片四象限相位掩模和变迹光瞳Lyot日冕仪的概念。然后，我们提出了对比度和灵敏度分析的测量。与技术规格的比较允许验证制造这些日冕仪的技术。
2008-07-04 astro-ph
Speckle nulling for exoplanet detection with space-based coronagraphic telescopes
为了用日冕望远镜在可见光中探测类地行星，必须克服两个主要的噪声源：衍射恒星光的光子噪声，以及由于仪器缺陷散射恒星光而产生的斑点噪声。日冕仪只处理光子噪声的贡献。为了将散斑噪声降低到行星水平以下，需要对波前进行主动控制。我们已经发展了一种分析方法来测量和校正的散斑噪声背后的日冕与变形镜。在本文中，我们总结了这些方法，目前的数值模拟，并讨论了初步的实验结果与高对比度成像试验台在美国宇航局的喷气推进实验室。
2006-06-13 astro-ph
Externally Occulted Terrestrial Planet Finder Coronagraph: Simulations and Sensitivities
天文学界正在积极采用多种日冕照相技术，用于对太阳系外类地行星进行天基直接探测和定性。典型的日冕仪有内部形状的焦平面和/或光瞳面掩模，可以阻挡和/或遮蔽星光，从而增加行星相对于母星的对比度。过去的研究表明，任何内部技术都受到感知和控制振幅、相位（波前）和偏振到精确水平的能力的限制-这就需要强调光学要求。另一种有前途的技术是在望远镜前方一定距离处放置一个遮光罩，即外部遮蔽器。这个遮光罩在进入望远镜之前抑制了大部分的星光-放松了对更传统望远镜的光学要求。虽然这是一个古老的技术，但最近由于认识到圆对称渐变切趾器可以很好地近似于成形的二元掩模而得到了发展。事实上，最佳的形状已经被设计成可以实现比传统日冕仪更小的内部工作角，并且还具有高的有效吞吐量，允许较小孔径望远镜实现与较大孔径望远镜相同的日冕仪分辨率和类似的灵敏度。在这里，我们报告我们正在进行的建模，模拟和优化的外部掩星，并显示灵敏度的结果相对于花瓣，光谱通带，菲涅尔传播的准确性和数量和形状的错误，并显示结果填充和分段孔径望远镜和讨论收购和传感的掩星的位置相对于望远镜。
2007-12-07 astro-ph
Apodized Pupil Lyot Coronagraphs for Arbitrary Telescope Apertures
在高动态范围成像的背景下，这项研究提出了一个突破的理解切趾瞳孔Lyot Coronagraphs，使他们可用于任意孔径形状。这些新的解决方案立即应用于当前的地面日冕研究（Gemini，VLT）和现有的仪器（AEOS Lyot项目）。他们还提供了一个TPF的轴上设计搜索的可能性。Aime等人（2002）和Soummer等人（2003）已经解决了无障碍孔径的情况。具有相同属性的解析解存在于一般情况下，特别是，中心遮挡光圈。色彩效果可以通过数值优化来减轻。分析和数值解的结合，使完整的参数空间（中心障碍，切趾吞吐量，掩模尺寸，带宽和Lyot停止大小）的研究。
2004-12-09 astro-ph
Optimization of Apodized Pupil Lyot Coronagraph for ELTs
我们研究的范围内的系外行星成像与地面望远镜的变迹光瞳Lyot日冕（APLC）的优化。APLC将光瞳平面中的切趾与仪器焦平面中的小Lyot掩模相结合。从理论的角度来看，它已经在文献中进行了深入的研究，目前正在为几个项目制造原型。这一分析主要集中在极大望远镜的情况下，但也适用于其他望远镜的设计。我们定义了一个标准，以优化APLC的望远镜特性，如中心遮挡，瞳孔形状，低阶段像差和反射率的APLC变迹函数和掩模直径的函数。具体而言，该方法被应用于未来欧洲极大望远镜（E-ELT）的两种可能设计。针对不同的望远镜特性，推导了APLC的最佳构型。我们表明，最佳配置是一个更强的功能，比其他望远镜参数的中心遮蔽尺寸。我们还表明，APLC的性能是相当不敏感的中心遮光率时，APLC是在其最佳配置操作，并证明，APLC优化的基础上的吞吐量是不合适的。
2007-07-17 astro-ph
Laboratory coded aperture imaging experiments: radial hole coded masks and depth-sensitive CZT detectors
拟议的黑洞发现者任务EXIST将由多个宽视场硬X射线编码孔径望远镜组成。为这项任务设定的高科学目标需要望远镜设计的创新。特别地，宽的能带覆盖和精细的角分辨率需要与其像素尺寸相比相对厚的编码掩模和厚的检测器，这可能引入掩模自准直和深度引起的图像模糊，而传统的设计方法。之前我们针对这些潜在问题提出了相对简单的解决方案：用于掩模自准直的径向孔和用于图像模糊的阴极深度传感检测器。我们现在已经进行了实验室实验，以探索这两种技术的潜力。实验结果表明，径向孔掩模大大提高了掩模自准直能力，对于EXIST所需的大规模探测器，可以相对容易地实现~1 mm分辨率的深度灵敏探测器方案。
2004-08-31 astro-ph
Design, analysis and test of a microdots apodizer for the Apodized Pupil Lyot Coronagraph
日冕测量技术需要用未来的超大望远镜来探测系外行星。一个概念，变迹光瞳Lyot冠状（APLC），是结合在入口孔径和焦平面Lyot不透明掩模的变迹。本文介绍了一种针对近红外优化的微点切趾器的制造和测试。这项工作的目的是证明二元切趾器用于APLC的可行性和性能。这项研究也是相关的任何冠状动脉使用振幅瞳孔变迹。使用半色调点处理设计了一种二进制变迹器，其中计算具有0%或100%透射率的像素的二进制阵列以适应所需的连续透射率，即通过改变不透明像素和透明像素的相对密度来获得局部透射率控制。使用误差扩散算法来优化最接近所需场传输的像素分布。该原型在近红外条件下进行了日冕仪测试，其透射轮廓与理论形状的一致性在3%以内，并且是消色差的。观察到的切趾和日冕图像与理论一致。然而，二进制切趾器引入作为像素大小的函数的高频噪声。数值模拟被用来指定像素大小，以尽量减少这种影响，并通过实验验证。本文证明了二元切趾器非常适合用于高对比度成像日冕仪。像素大小的正确选择很重要，必须考虑到科学的视野。
2008-10-31 astro-ph
Double stage Lyot coronagraph with the apodized reticulated stop for extremely large telescope
极大望远镜（ELT）的科学驱动力之一是距离母星20质量的太阳系外行星的成像和光谱学。该应用需要高对比度成像仪器的深思熟虑的设计。目前已经为直径达8米的单片望远镜提出了几种可行的日冕照相方案。然而，关于这些系统性能的结论不能直接应用于直径30 - 100米的望远镜。现有的计划需要重新考虑，考虑到分割表面的具体特点。我们从经典系统开始？Lyot coronagelia。我们表明，虽然望远镜直径的增加是一个优势，高对比度范围的科学，分割设置的日冕仪的性能上的限制。来自段间间隙的衍射为星光的可实现消光设置了一个基础。遮蔽Lyot平面中的亮段间隙虽然有助于增加对比度，但并不能完全解决问题：衍射光的高空间频率分量仍然存在。我们建议使用Lyot光阑，它作用于间隙内的光，以便在Lyot平面内产生均匀的照明。我们表明，对于衍射极限制度和完美的定相，这种类型的日冕达到了足够的恒星光消光。
2005-11-11 astro-ph
