The space coronagraph optical bench (SCoOB): 3. Mueller matrix polarimetry of a coronagraphic exit pupil
本文在SCoOB高对比度成像测试平台上构建双旋转延迟器偏振计，通过测量穆勒矩阵直接表征日冕仪出射光瞳中的偏振像差，揭示偏振如何耦合到高对比度成像残差中。
2024-06-28 astro-ph.IM
Apodized-pupil Lyot coronagraphs: multistage designs for extremely large telescopes
早期的变迹光瞳Lyot日冕仪（APLC）已经被研究和开发，以使高对比度成像的系外行星探测和表征与当今的地面望远镜。随着下一代望远镜的发展，未来的极大望远镜（ELT），替代APLC设计涉及多级配置的兴趣出现了吸引力。这些设计的应用ELTs的兴趣进行了研究。性能和多级APLC ELT的特异性的灵敏度进行了分析和讨论，考虑到几个不可避免的日冕望远镜误差源，通过数值模拟。此外，第一个实验室实验与两个阶段的APLC在近红外（H波段），以进一步支持数值处理。多级配置被认为是不合适的ELT。在经典的单级APLC的多级设计提供的理论增益在很大程度上是妥协的固有误差源的存在下发生在日冕仪望远镜，特别是在ELTs。APLC仍然是ELT的一个有吸引力的解决方案，但在其传统的单级配置。
2010-06-03 astro-ph.IM
Phase-Apodized-Pupil Lyot Coronagraphs for Arbitrary Telescope Pupils
相位变迹光瞳Lyot冠状荧光（PAPLC）是变迹光瞳Lyot冠状荧光（APLC）和变迹相位板（APP）冠状荧光的一种组合。我们描述了一种数值优化方法，以获得全局最优的解决方案的相位切趾器为任意望远镜的瞳孔，基于复振幅传输的切趾器和电场在后日冕焦平面的线性映射。具有环形焦平面掩模和点对称暗区的PAPLC与其相应的APLC类似地执行。然而，使用刀口焦平面掩模和单侧暗区，PAPLC在$10^{-10}$的对比度下产生与$1.4λ/D$一样接近的内部工作角，并且对于中心遮蔽高达30%的望远镜孔径，最大日冕照相后吞吐量>75%。我们提出了针对VLT/SPHERE仪器和LUVOIR-A孔径优化的刀口PAPLC设计。这些设计表明，刀口PAPLC保持其性能，即使是现实的望远镜瞳孔支柱，部分和非圆形的外边缘。
2019-08-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Multi-Color Coronagraph Experiment in a Vacuum Testbed with a Binary Shaped Pupil Mask
我们在直接观测太阳系外行星（系外行星）的日冕仪研究和开发的背景下，使用真空室和原则上应在所有波长下工作的二元形状光瞳掩模进行了一些多波段日冕仪实验。这项工作的目的是证明，扣除点扩散函数（PSF）和多波段实验使用的二进制形状的光瞳掩模日冕将有助于提高对比度的观测系外行星。使用了棋盘形掩模，一种二进制形状的瞳孔掩模。通过在真空室中安装电晕放电光学器件、控制光具座的温度以及在真空室上覆盖隔热层来提高温度稳定性。我们通过减去通过冠状动脉造影获得的图像来评估PSF减法对高对比度观察的贡献。我们还进行了多波段实验，以证明使用中心波长为650 nm，750 nm，800 nm和850 nm的超辐射发光二极管（SLED）进行更真实的观察。用波长为632.8nm的He-Ne激光进行PSF相减后，对比度为1.3 × 10~（-9）。因此，通过减去PSF，对比度从原始对比度提高了大约两个数量级。在多波段实验中，我们在650nm、750nm、800nm和850nm波段分别获得了3.1 × 10 - 7、1.1 × 10 - 6、1.6 × 10 - 6和2.5 × 10 - 6的对比度。结果表明，与非日冕照相光学相比，每个波段内的对比度都得到了显着改善。我们证明了PSF减法对于提高冠状动脉的对比度是潜在有益的，并且这种冠状动脉与多波段光源的对比度产生显著的改善。
2011-05-11 astro-ph.IM
High contrast experiment of an AO-free coronagraph with a checkerboard pupil mask
高对比度日冕仪有望为直接观测太阳系外行星提供一种有希望的方法。我们提出了我们的实验室实验的最新结果，调查“刚性”日冕与二进制形状的棋盘式光瞳掩模，这应该提供一个高度稳定的解决方案，望远镜没有自适应光学（AO）的波前校正在空间任务。这项工作的主要目的是研究日冕仪的稳定性，并证明其性能没有自适应波前校正。需要估计原始对比度和点扩散函数（PSF）减法的增益。对比度的限制因素也很重要。设计了一种棋盘型二元形状光瞳掩模。该掩模由玻璃衬底上的铝膜组成，使用纳米制造技术与电子束光刻技术制造。仔细评估coronagraphic性能，包括PSF减法，在空气中使用开发的面具。通过对所有观察到的暗区进行面积平均，原始冠状图像的对比度达到$6.7 \times 10^{-8}$。PSF减影后，对比度达到$6.8 \times 10^{-9}$。散斑是贯穿原始图像和PSF减影图像两者的暗区域的主要限制因素。无AO的PSF减影的刚性冠状动脉造影是实现高对比度观察的有用方法。讨论了刚性日冕仪在宇宙学和天体物理学空间红外望远镜（SPICA）和其他平台上的应用。
2011-08-16 astro-ph.IM
Apodized Pupil Lyot Coronagraphs with arbitrary aperture telescopes: novel designs using hybrid focal plane masks
系外行星成像和光谱学现在通常由大型地面天文台（例如Gemini/GPI，VLT/SPHERE或Subaru/SCExAO）的专用仪器实现。除了极端自适应光学（ExAO）和后处理方法外，这些设施还利用最先进的日冕仪来抑制被观测恒星的光线，从而能够观测星周环境。Apodized Pupil Lyot Coronagulum（APLC）是当前一代仪器中领先的冠状基线之一。该概念结合了光瞳变迹、不透明焦平面掩模（FPM）和Lyot光阑。APLC可以针对一系列应用进行优化，并且存在用于宽带光中$10^{10}$对比度的轴上分段孔径望远镜的设计。在这次交流中，我们提出了新的设计，进一步推动这一概念的限制，通过修改FPM的性质，从其标准的不透明掩模，以一个较小的大小由圆形相移区包围的掩蔽点。我们提出了这个新概念的形式主义，解决方案找到两种可能的应用：1）升级当前一代ExAO日冕仪，因为这些解决方案与现有设计保持兼容，并将提供更好的内部工作角、对比度和吞吐量，以及2）用于未来旗舰任务（如LUVOIR）的$10^{10}$对比度的日冕仪，其目标是增加现有设计的吞吐量，以观测附近恒星周围的类地行星。
2019-03-18 astro-ph.IM
High Performance Lyot and PIAA Coronagraphy for Arbitrarily shaped Telescope Apertures
两个高性能的日冕照相方法兼容的分段和阻碍望远镜瞳孔描述。这两个概念使用入射光瞳振幅变迹和组合的相位和振幅焦平面掩模来实现轴上点源的完全日冕消光。第一个概念称为变迹光瞳复合掩模Lyot冠状变迹（APCMLC），依赖于透射掩模来执行光瞳变迹，而第二个概念称为相位诱导振幅变迹复合掩模冠状变迹（PIAACMC），使用光束重映射来进行无损变迹。理论上，这两种概念都提供了单色光中点光源的完全日冕消光（无限对比度），具有高通量和亚λ/D内部工作角，而不管孔径形状如何。PIAACMC提供接近100%的吞吐量，并接近第一原理所规定的基本电晕放电性能极限。描述了单色光的任意孔径日冕仪的设计步骤。APCMLC和更高性能的PIAACMC的设计显示了几个整体和分段孔径，如斯巴鲁望远镜，巨型麦哲伦望远镜（GMT），三十米望远镜（TMT），欧洲极大望远镜（E-ELT）和大双目望远镜（LBT）的孔径。宽带光的性能也被量化，这表明单色设计适用于地面望远镜高达20%的宽光谱带。
2013-05-29 astro-ph.IM
Comparative study of manufacturing techniques for coronagraphic binary pupil masks: masks on substrates and free-standing masks
我们提出了一个比较研究的制造二进制瞳孔掩模日冕观测系外行星。采用了棋盘式掩模设计（一种二元光瞳掩模设计），并且所有掩模都使用相同尺寸的相同图案，以便我们可以比较不同制造方法产生的差异。基板上的掩模具有使用光刻和化学工艺在BK 7玻璃、硅和锗的基板上构造的厚度为0.1/0.2/0.4/0.8/1.6 $μ$ m的铝棋盘图案。由铜和镍制成的厚度为2/5/10/20 $μ$ m的自立式掩模也使用光刻和化学工艺实现，其包括从用作制造中的中间步骤的衬底小心释放。使用可见激光对BK 7玻璃基板上的所有掩模和独立式掩模进行日冕照相实验。对于BK 7衬底上的掩模、独立铜掩模和独立镍掩模，平均对比度分别为8.4 $\times10^{-8}$、1.2 $\times10^{-7}$和1.2 $\times10^{-7}$。对比度和掩模属性之间没有显著的相关性。高对比度掩模有可能满足地面和空间望远镜在宽波长范围内的日冕仪需求。特别是将其应用于红外空间望远镜SPICA是合适的。
2012-06-02 astro-ph.IM
Design, analysis, and testing of a microdot apodizer for the apodized pupil Lyot coronagraph (Research note). III. Application to extremely large telescopes
变迹光瞳Lyot日冕是近年来研究最多的星光抵消概念之一。为现在的8米级望远镜建造的极端自适应光学仪器将与这样的日冕一起工作，用于微弱恒星同伴的成像和光谱学。在VLT-SPHERE项目（~2012年）的背景下开发了早期演示器之后，我们制造并测试了为超大望远镜设计的第二个APLC原型。本研究是在欧洲ELT（~2018）EPICS仪器项目的背景下进行的，在此阶段需要进行概念验证。我们的原型是专门为欧洲ELT的瞳孔，考虑到其大的中心遮光率（30%）。近红外实验室的结果进行了比较与模拟。我们表现出良好的协议与理论。在7和12 λ/D时，峰值衰减达到295，对比度分别达到10^-5和10^-6。我们表明，APLC是能够保持这些对比度的望远镜在15%至30%的范围内的中心遮蔽比，我们报告说，这些性能可以实现在一个宽的波长带通（BW = 24%）。此外，我们报告改进的精度控制的本地传输的制造的微点切趾到以前的原型。局部轮廓误差小于2%。证明了用微粒制成的APLC的成熟性和重现性。切趾瞳孔Lyot冠状动脉被证实是一个相关的候选人与ELT的高对比度成像。
2010-09-06 astro-ph.IM
Shaped Pupil Lyot Coronagraphs: High-Contrast Solutions for Restricted Focal Planes
变迹光瞳和成形光瞳的日冕仪利用振幅掩模的夫琅禾费衍射特性在目标恒星附近产生高对比度区域。在这里，我们提出了一个混合coronagestion架构，其中一个二进制的，硬边形状的瞳孔掩模取代了灰，顺利切趾的切趾瞳孔Lyot coronagestion（APLC）。对于该配置中的任何对比度和带宽目标，只要规定的对比度区域被限制在图像中的有限区域，成形的光瞳就是具有最高透射率的变迹器。我们将星光抵消机制与常规APLC的星光抵消机制联系起来。我们引入了一类新的解决方案，其中的振幅轮廓的Lyot停止，而不是被固定作为一个填充的复制品的望远镜孔径，联合优化与切趾。最后，我们描述了形状的瞳孔Lyot日冕仪（SPLC）的宽视场红外巡天望远镜天体物理聚焦望远镜资产（WFIRST AFTA）日冕仪的基线架构的设计。这些SPLCs有助于实现WFIRST-AFTA任务的两个科学目标：（1）宽带光谱学，以确定反射星光中系外行星大气的特征;（2）碎片盘成像。
2016-01-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Apodized phase mask coronagraphs for arbitrary apertures. II. Comprehensive review of solutions for the vortex coronagraph
通过清晰的圆形孔径，涡旋日冕可以完美地消除轴上点源，并分别为拓扑电荷2或4提供0.9或1.75 lambda/D的内工作角。然而，目前和不久的将来的大型望远镜都是同轴的，中心遮蔽的衍射效应和次级支撑足够强大，可以阻止探测到伴星1 e-3 - 1 e-5与它们的主星一样亮或比主星更暗。最近的进展表明，环形切趾器可以通过补偿在瞳孔的1D建模中的圆形中心遮蔽的衍射效应来恢复这种日冕仪的性能。我们扩展这项工作，并优化切趾器的任意孔径在2D中，以解决衍射效应的蜘蛛和其他非圆形文物的瞳孔。我们使用一个数值优化方案来计算混合coronagraphs设计，结合了优势的旋涡coronagraphs（小IWA）和形状的瞳孔coronagraphs（鲁棒性中央遮挡和瞳孔不对称结构）。我们最大化切趾器传输，而约束条件的极值上设置的电场计算在选定的区域的Lyot平面通过封闭形式的表达式。最佳切趾计算拓扑电荷2和4涡旋日冕仪和望远镜孔径与10-30%的中心遮挡和0-1%厚蜘蛛。我们描述了遮蔽率和蜘蛛的厚度对吞吐量和IWA的两个拓扑电荷的影响。
2014-04-10 astro-ph.IM
Black Silicon BRDF and Polarization for Coronagraphic Pupil Masks
针对分块主镜衍射降低日冕仪性能的问题，提出利用黑硅吸收掩模结合 MEMS 可变形镜实现 $10^-{10}$ 对比度，并开发 FDTD 模型分析其偏振相关 BRDF 特性。
2024-06-27 astro-ph.IM
Band-Limited Coronagraphs using a Halftone-dot process: design guidelines, manufacturing, and laboratory results
未来42米欧洲超大望远镜的系外行星成像相机和光谱仪（EPICS）将能够直接成像，并在红外线中为年轻和年老的彗星质量行星提供光谱。为了达到所需的对比度，几个日冕照相概念-以消除星光-正在研究中：传统的瞳孔变迹（CPA），变迹瞳孔Lyot日冕照相（APLC），双区日冕照相（DZC），四象限相位掩模（Four-quadrants Phase mask，Four-quadrants PM），多级Four-quadrants PM，环形槽相位掩模（AGPM），高阶光学涡旋（OVC）和带限日冕照相（BLC）。最近的实验表明，半色调点的过程-即微点技术-的兴趣，以产生足够的传输配置文件的CPA，APLC和DZC概念的瞳孔切趾。在这里，我们研究使用这种技术来生产带限焦平面掩模，并提出了设计准则。此外，我们提出了第一个近红外实验室的结果与BLC确认微粒的方法作为一个合适的技术，地面观测。
2009-10-07 astro-ph.IM
Active correction of aperture discontinuities (ACAD) for space telescope pupils: a parametic analysis
随着日冕仪性能的提高，可实现的对比度越来越依赖于瞳孔的形状。未来一代的空间和地面日冕仪必须在同轴和/或分段望远镜上实现高对比度。为了校正由次镜结构和主镜分割引入的高振幅像差，我们探索了一种双变形镜（DM）方法。几种DM方法的主要困难在于将致动器冲程与日冕焦平面中的点扩散函数联系起来的非线性关系。孔径不连续性主动补偿（ACAD）方法是通过求解非线性微分Monge Ampere方程来实现这一最小化的。一旦该开环方法已经达到最小值，就可以应用闭环冲程最小化方法来校正相位和幅度像差以实现最终对比度。在本文中，我描述的参数分析的结果，我对这种方法进行。在回顾了该方法的原理后，我将描述所探索的参数空间（变形镜设置，瞳孔形状，带宽，电晕设计）。我将精确地描述我在这个数值模拟中模拟涡旋日冕的方法。最后，我将提出的初步结果，这种参数分析的空间望远镜的瞳孔。
2017-10-10 astro-ph.IM
Zernike amplitude pupil apodization for vortex coronagraphy with obscured apertures
本文提出了一套用于具有遮挡孔径的望远镜上的涡旋日冕仪的瞳孔变迹函数。我们分析表明，实值泽尔尼克多项式的瞳孔振幅提供理想的轴上星光抵消时，适用于未遮挡的圆形孔径。涡旋相元的电荷必须是一个非零的偶数，大于Zernike多项式的方位阶的次数和绝对值之和。Zernike多项式的零值线和点，或其线性组合，可以与地面望远镜的瞳孔中的障碍物相匹配，以提高涡旋日冕仪所实现的对比度。这种方法在存在中心遮蔽和径向支撑结构的情况下工作良好。我们分析了对比度，离轴吞吐量，和后日冕点扩散函数的切趾涡日冕为欧洲极大望远镜（E-ELT）设计的。这种技术在具有大型遮蔽支撑结构的孔径上提供了非常好的性能，类似于未来30- 40米级地面望远镜的支撑结构。
2015-02-10 astro-ph.IM physics.optics
Performance and sensitivity of vortex coronagraphs on segmented space telescopes
在围绕附近恒星运行的类地系外行星的大气中探测分子物种需要一个光学系统，该系统可以抑制星光，并在小角度间隔时最大限度地提高对微弱行星信号的灵敏度。在分段孔径空间望远镜上实现足够的对比度性能是特别具有挑战性的，这是由于在望远镜内来自光瞳中的振幅和相位不连续性的不希望的衍射。切趾涡旋日冕仪是一种很有前途的解决方案，理论上可以满足未来分段空间望远镜高对比度成像的性能需求。我们调查的灵敏度切趾涡coronagraphs预期的像差，包括段共相位误差活塞和倾斜/倾斜以及其他低阶和中间空间频率像差。日冕的设计和相关的望远镜的要求确定概念HabEx和LUVOIR望远镜设计。
2017-08-19 astro-ph.IM
Apodized pupil Lyot coronagraphs designs for future segmented space telescopes
位于未来旗舰空间天文台上的日冕星光抑制系统提供了一个有希望的途径，可以对类地系外行星进行成像，并在其大气光谱中寻找生物标志物。美国航天局的一个任务概念，可以作为实现这一科学突破的平台，是大型紫外/光学/红外探测器（LUVOIR）。这一飞行任务还将利用一套多波长仪器处理天体物理学的广泛专题。变迹光瞳Lyot日冕仪（APLC）是该社区正在评估的几个日冕仪设计家族之一，作为NASA系外行星探索计划分段孔径日冕仪设计和分析（SCDA）团队的一部分。APLC是一种Lyot式的日冕物质抛射器，通过对轴上场的一系列振幅操作来抑制星光。鉴于一套七个合理的分段望远镜孔径，我们已经开发了一个面向对象的软件工具包，自动化的探索成千上万的APLC设计参数组合。这使我们能够凭经验建立行星吞吐量和望远镜孔径几何形状，内部工作角，带宽和对比度之间的关系。在参数空间探索的同时，我们研究了几种策略，以提高APLC设计的制造和对准误差的鲁棒性。我们还研究了APLC与波前控制或复杂焦平面掩模的结合，以提高内部工作角和吞吐量。基于设计参考飞行任务模拟的初步科学产量评估表明，APLC是一个非常有竞争力的概念，用于像LUVOIR这样的飞行任务调查当地的地球外人口。
2019-04-25 astro-ph.IM
APLC-Optimization: an apodized pupil Lyot coronagraph design survey toolkit
我们提出了一个公开的软件包开发的探索变迹光瞳Lyot日冕（APLC）的解决方案，各种望远镜架构。特别是，该软件包针对给定的焦平面掩模和Lyot光阑几何形状优化了APLC的切趾器组件，以满足一组约束条件（对比度、带宽等）。在给定的焦平面区域（即暗区）中的日冕强度。该软件包结合了高对比度成像模拟软件包HCIPy和第三方数学优化器（Guidelines），以计算线性优化的二进制掩模，从而最大限度地提高透射率。我们提供了几个不同的望远镜几何形状，包括双子座行星成像仪（GPI）和高对比度成像仪的复杂孔径望远镜（HiCAT）测试平台的应用程序的例子。最后，我们总结了2020年NASA十年调查推荐的6~m孔径离轴空间望远镜的初步设计调查结果，探索了不同段尺寸的APLC解决方案。然后，我们使用基于对的分析模型从空间（PASTIS）进行分割波前误差容限分析这些解决方案。
2022-10-06 astro-ph.IM
Pupil Plane Phase Apodization
相位变迹日冕仪在光瞳平面中实现，以在科学相机焦平面中创建暗孔。他们成功地创建为“切趾相位板”（APP）使用经典的光学制造，并作为“矢量APP”使用液晶图案基本上消色差的性能。这种类型的日冕物质目前在地面望远镜上以小的角间距（几个$λ/D$）提供出色的宽带对比度（$\sim$ 10 $^{-5}$），这是由于它们对倾斜/倾斜误差不敏感。
2018-07-30 astro-ph.IM
High-contrast imager for complex aperture telescopes (HiCAT): 11. System-level demonstration of the Apodized Pupil Lyot Coronagraph with a segmented aperture in air
本研究在HiCAT测试平台上系统级演示了APLC日冕仪，在分段孔径空气中实现6×10^-8（9%带宽）和2.4×10^-8（3%带宽）的高对比度，为未来宜居世界天文台提供关键验证。
2024-09-19 astro-ph.IM
Optimized focal and pupil plane masks for vortex coronagraphs on telescopes with obstructed apertures
我们提出了优化光瞳和焦平面光学元件的方法，这些光学元件可以提高望远镜上具有阻塞或分段孔径的涡旋日冕仪的性能。针对入射光瞳、焦平面和Lyot光阑平面设计了纯相位掩模和复合掩模。使用解析和数值方法获得最佳的掩模。后者利用迭代误差减少算法来计算“校正”光学器件，以减轻孔径障碍物的不必要衍射。我们分析了星光抑制，对比度，离轴图像质量和色度依赖方面所取得的性能。还讨论了制造考虑因素和对像差的敏感性。这项工作为多个日冕平面的联合优化提供了一条途径，以最大限度地提高对系外行星和其他微弱同伴的灵敏度。
2015-09-18 astro-ph.IM physics.optics
Coronagraph-Integrated Wavefront Sensing with a Sparse Aperture Mask
恒星日冕的性能对光学像差高度敏感。为了有效地抑制太阳系外行星成像中的星光，必须确定和补偿进入日冕的低阶波前像差，如倾斜、散焦和彗差。先前的作者已经建立了用于波前感测的光瞳平面掩模（非冗余/稀疏孔径掩模和通常不对称的孔径掩模两者）的效用。在这里，我们展示了如何稀疏孔径掩模（SAM）可以集成与日冕测量低阶，微分相位像差。被日冕仪的焦平面光阑阻挡的星光被准直到中继光瞳，在那里掩模在随后的探测器上形成干涉条纹图案。我们的数值傅里叶传播模型表明，在条纹强度失真编码的信息是足够的，以准确地区分和估计泽尼克相位模式延伸从倾斜倾斜到径向度$n=5$，幅度高达$λ/20$ RMS。SAM传感器可以与Lyot和成形光瞳日冕仪（SPC）集成，而不会损害科学光束质量。我们表征的重建精度和低通量/短曝光时间条件下的性能，并将其放置在其他日冕波阵面传感方案的背景下。
2015-06-16 astro-ph.IM
Polynomial Apodizers for Centrally Obscured Vortex Coronagraphs
在过去的二十年里，已经提出了几种日冕仪设计来直接拍摄系外行星。在这些设计中，矢量涡旋日冕仪在部署在具有无障碍瞳孔的望远镜上时，提供理论上完美的星光抵消以及小的内部工作角。然而，目前和计划中的太空任务和地面超大望远镜呈现出复杂的瞳孔几何形状，包括次镜中心遮蔽，这阻止了涡旋日冕仪完全拒绝轴上源。已经提出了将涡旋相位掩模与环形变迹光瞳相结合的最新解决方案来规避这个问题，但是为涡旋电荷$>2$提供了有限的吞吐量。我们提出了一个家庭的光瞳平面切趾，补偿光瞳几何形状与圆形对称的中心障碍物所造成的轴上的副镜电荷2，4，和6矢量涡旋日冕仪。这些切趾推导出的分析，并允许涡日冕保持理论上完美的零中心的存在下，遮蔽。对于电荷4涡旋，我们设计多项式切趾函数，假设一个灰度切趾滤波器，表示在吞吐量的环形切趾涡旋日冕仪设计的实质性增益，而对于电荷6涡旋，我们设计多项式切趾涡旋日冕仪，具有$\gtrsim 70\%$总能量吞吐量的整个范围内的中心遮蔽尺寸的研究。我们提出的方法优化变迹产生的灰度变迹滤波器或成形镜。最后，我们展示了这种设计如何与针对望远镜瞳孔中的支柱和段间隙进行数字优化的切趾相结合，为复杂的瞳孔设计陆地系外行星成像仪。
2017-10-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Redundant Apodized Pupils (RAP) for high-contrast imagers robust to segmentation-due aberrations and island effects
更大范围的系外行星的成像和表征，下至年轻的彗星和系外地球，将需要在小角距处获得非常高的对比度，并增加对像差的鲁棒性，这是驱动当前仪器开发的三个限制。这一目标依赖于在极大直径望远镜上设置的有效日冕仪，如三十米望远镜（TMT），巨型麦哲伦望远镜（GMT）或极大望远镜（ELT）。然而，它们往往会受到特定的像差的影响，这会大大降低日冕的性能：它们的主镜分割意味着相位误差甚至缺失的部分，望远镜的尺寸会产生大的蜘蛛，产生已经在甚大望远镜（VLT）/SPHERE仪器或斯巴鲁望远镜上观察到的低风效应，或自适应光学引起的花瓣效应，在ELT情况下的模拟研究。因此，日冕仪的持续发展必须考虑到它们对这种误差的敏感性。我们提出了一种创新的方法来产生日冕仪鲁棒的主镜相位误差和低风和自适应光学瓣效应。该方法基于片段或花瓣而不是整个瞳孔的变迹，然后重复该变迹以模拟瞳孔冗余。我们验证了这种所谓的冗余切趾光瞳（RAP）的方法上的詹姆斯韦伯太空望远镜一样的光瞳组成的18个六边形段段对齐，并在VLT架构的情况下，剩余的低风效应。
2022-09-13 astro-ph.IM
Fast Linearized Coronagraph Optimizer (FALCO) IV. Coronagraph design survey for obstructed and segmented apertures
未来空间望远镜上的日冕仪将首次能够直接探测和表征类太阳恒星周围的类地系外行星。近年来，由于NASA喷气推进实验室的系外行星探索计划领导的分段日冕设计和分析（SCDA）计划，对最佳光学日冕设计的追求取得了迅速进展。因此，出现了几种类型的高性能设计，这些设计利用双可变形反射镜来（1）校正光学像差和（2）抑制来自望远镜光瞳中的障碍物和不连续性的衍射星光。然而，用于计算最佳可变形反射镜表面的算法往往是计算密集型的，禁止大规模的设计调查。在这里，我们利用快速线性化日冕优化器（RAMCO），一个工具，允许快速优化变形镜的形状，探索权衡日冕设计的阻碍和分段的空间望远镜。我们比较了具有代表性的形状的瞳孔Lyot和旋涡日冕仪，两个最有前途的概念LUVOIR空间任务的概念设计。我们分析了每种设计的光学性能，包括它们的吞吐量和在低阶像差存在的情况下被动抑制来自部分分辨恒星的光的能力。我们的主要结果是，变形镜的切趾可以充分抑制衍射的支柱和段间的差距，其宽度是主镜直径的$\sim$ 0.1%的顺序检测地球大小的行星在几十毫弧秒从恒星。
2018-07-18 astro-ph.IM
Point Spread Function of Hexagonally Segmented Telescopes by New Symmetrical Formulation
本文用一种新的对称公式导出了六角形分段望远镜的点扩散函数。通过在光瞳面上引入三个变量，利用三维傅里叶变换导出了光瞳函数的傅里叶变换。三个变量的排列对应于光瞳平面上正三角形顶点的排列。得到的衍射振幅可以写为三个变量的两个函数的乘积;该函数对应于衍射光栅的基本理论中使用的sinc函数和狄利克雷核。新的表达式清楚地表明，六角形分段望远镜在数学公式上等价于衍射光栅。
2018-11-07 astro-ph.IM
Optimal Design of Shaped Pupil Lyot Coronagraph for China's Large Segmented Telescope
College of Future Technology, Peking University（北京大学未来技术学院）；Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University（北京大学前沿交叉学科研究院）；National Biomedical Imaging Center, Peking University（北京大学国家生物医学成像中心）；Department of Astronomy, Xiamen University（厦门大学天文学系）；State Key Laboratory of Dark Matter Physics, Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院李政道研究所暗物质物理全国重点实验室）；Department of Astronomy, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院天文学系）；The Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；CAS Key Laboratory of Optical Astronomy, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台光学天文重点实验室）
本研究针对中国 EAST、LOT 等大口径拼接望远镜，优化设计了结合双变形镜自适应光学的成形光瞳 Lyot 日冕仪，模拟显示其可在 V、H、K 波段实现约 10⁻⁶~10⁻⁷ 的原始对比度，为高对比度系外行星成像提供了有前景的架构。
2026-11-10 astro-ph.IM
Capabilities of ACAD-OSM, an active method for the correction of aperture discontinuities
未来天基和地基望远镜的孔径几何形状日益复杂，将限制下一代日冕仪对系外行星进行高对比度成像的性能。我们在这里提出了一种新的闭环优化技术，使用两个可变形反射镜来校正复杂孔径对日冕性能的影响，替代我们小组以前开发的ACAD技术。这种技术，ACAD-OSM，允许使用任何设计用于连续孔径的日冕仪，具有复杂的，分段的孔径，保持高性能的对比度和吞吐量。我们展示了这种技术在几种瞳孔几何形状（分段LUVOIR型孔径，WFIRST，ELTs）上的能力，为此我们使用几种可变形镜设置（尺寸，致动器数量，它们之间的间隔），coronagraphs（变迹瞳孔Lyot和涡旋coronagraphs）和光谱带宽获得了高对比度水平，这将有助于我们为未来的coronagraphic仪器提出建议。我们表明，这种主动技术的处理，没有任何修改的算法，改变或未知的光学像差或不连续性的瞳孔，包括光学设计失调，丢失的片段和相位误差。
2017-11-16 astro-ph.IM
Segmented coronagraph design and analysis (SCDA): an initial design study of apodized vortex coronagraphs
分段日冕设计和分析（SCDA）研究是由Stuart Shaklan（JPL）领导并由NASA系外行星探索计划（ExEP）支持的协调努力，旨在为未来分段孔径太空望远镜的系外行星成像提供有效的日冕设计概念。这份文件是对加州理工学院/喷气推进实验室SCDA小组设计的变迹涡日冕仪设计的更新。变迹涡旋日冕仪有两种类型，其中变迹是通过使用1）灰度半透明光瞳掩模或2）一对串联的可变形反射镜来实现的。每种方法都有吸引人的好处。本文件对前一种类型进行了全面审查。未来的理论研究将进一步探索使用可变形反射镜切趾。
2017-12-06 astro-ph.IM physics.optics
Apodized pupil Lyot coronagraphs for arbitrary apertures. V. Hybrid Shaped Pupil designs for imaging Earth-like planets with future space observatories
我们介绍了一类新的解决方案，变迹光瞳Lyot日冕仪（APLC）与分段孔径望远镜，以消除宽带衍射光从恒星的对比度水平为$10^{10}$。这些新的日冕仪提供了关键的进步，可以在未来的大型太空任务中对地球双胞胎进行直接成像和光谱分析。基于成形光瞳（SP）切趾优化，我们的方法使系统的二维优化，以解决任何孔径功能，如中央障碍，支持结构或段间隙。我们用一个设计来说明这种技术，对于一个12 m的分段望远镜，在中心波长为$λ_0=$ 500 nm的10%带通上，可以达到34 mas的$10^{10}$对比度水平。这些设计可以特别针对分辨恒星的存在进行优化，在我们的例子中，恒星的角尺寸高达1.1\，mas。这将允许探测位于4.41，pc以外的类太阳恒星附近，因此完全消除了这种担忧。如果具有类地行星的恒星比例为$η_{\Earth}=0.1$，吞吐量为18%，假设一个完美的稳定波前，仅考虑光子噪声，在为期五年的任务期间，利用这种设计和一台12 m的太空望远镜可以在附近恒星周围探测到12.5个系外地球候选者，其中两年专门用于系外地球探测（一年的曝光时间和另一年的开销）。我们新的混合APLC/SP解决方案代表了基于现有掩模技术并与分段孔径兼容的日冕的第一个数值解，并且可以提供与探测和研究附近恒星周围的类地行星兼容的对比度。它们代表着朝着在未来大型空间飞行任务中实现这些科学目标迈出的重要一步。
2016-01-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Post-coronagraphic tip-tilt sensing for vortex phase masks: the QACITS technique
小的内部工作角日冕仪，如涡旋相位掩模，对于在系外行星探测和定性方面充分发挥地基望远镜的潜力至关重要。然而，这个有吸引力的功能的缺点是一个高灵敏度指向错误，这降低了性能的电晕放电。我们提出了一个倾斜检索技术的基础上分析的最终coronagraphic图像，以下称为象限分析Coronagraphic图像的倾斜倾斜传感（QACITS）。在小相位像差的假设下，我们证明了涡旋相位掩模的行为可以简单地描述从入射光瞳到Lyot停止平面的Zernike多项式。这种方便的形式主义是用来建立QACITS技术的理论基础。已经进行了模拟，以证明该技术的有效性和局限性，包括中央阻塞瞳孔的情况下。实验结果进一步验证了QACITS技术原理在无遮挡圆孔情况下的有效性。Keck望远镜的典型配置（24%的中心阻塞）已经模拟了额外的高阶像差。在这些条件下，我们的模拟表明，QACITS技术仍然适用于中心阻塞的瞳孔，并执行倾斜的反演精度$5 \times 10^{-2}$ λ/D时，波前误差为λ/14 rms和$10^{-2}$ λ/D为λ/70 rms的误差（λ为波长和D的瞳孔直径）。QACITS技术的实施是基于对科学图像的分析，并且不需要对原始设置进行任何修改。因此，配备有涡流相位掩模的现有设备可以直接受益于该技术，以改善靠近轴的对比度性能。
2015-09-21 astro-ph.IM
Performance characterization of a broadband vector Apodizing Phase Plate coronagraph
直接成像邻近恒星周围的行星的主要挑战之一是抑制来自主星的衍射晕。日冕仪是抑制这种衍射晕的角度过滤器。切趾相位板冠状放大器通过反对称图案改变光瞳-平面相位，从而抑制2 ~ 7 λ/D范围内180度区域的衍射，并在该区域实现10^-4的平均原始对比度，与系统的倾斜稳定性无关。当前使用经典相位技术实现的APP日冕仪在带宽和抑制区域几何形状方面受到限制（即仅在恒星的一侧）。在本文中，我们展示了矢量APP（vAPP），其相位图案是由图案化的液晶的取向实现的。根据圆偏振态的光束分裂产生两个互补的PSF，两侧都有黑洞。我们已经开发了一种原型vAPP，其由带宽为500-900 nm的3个扭曲液晶层的堆叠组成。我们使用重建的光瞳平面图案，并随后的PSF结构的特性，该设备。通过对交叉和平行偏振器之间的光瞳进行成像，我们重建了vAPP的快轴图案、透射率和延迟，并将其用作PSF模型的输入。该模型包括实验室设置的像差，并与测量的PSF相匹配，该PSF显示在135度楔形中2和7 λ/D之间的原始对比度为10^-3.8。vAPP日冕仪相对容易制造，并且可以与高对比度成像仪器中的光瞳轮中的宽带四分之一波片和沃拉斯顿棱镜一起实现。制造技术允许在黑洞内部应用具有更深对比度的相位图案，并为相位操纵日冕术提供前所未有的光谱带宽。
2014-12-01 astro-ph.IM
Experimental validation of coronagraphic focal-plane wavefront sensing for future segmented space telescopes
从太空直接对类地行星成像需要专门的观测站，将大型分段孔径与日冕仪、波前传感器和波前控制等仪器和技术相结合，以达到所需的10^10的高对比度。这些系统的复杂性将通过主镜的分割而增加，这允许成像类地行星所需的更大直径，但也由于瞳孔形状和分割而在图像中引入特定图案，并使高对比度成像更具挑战性。在这些缺陷中，主镜的相位误差是对性能的强烈限制。在本文中，我们专注于波前传感的高对比度系统的段相位误差，使用COFFEE（COFFEE）技术的CORONAGRAPHIC焦平面波前估计系外行星探测。我们在复杂孔径望远镜（HiCAT）测试平台的高对比度成像上实现并测试了COFFEE，在没有任何日冕仪和经典Lyot日冕仪的配置中，重建应用于37段反射镜的误差。我们分析了重建的质量和局限性。我们证明，COFFEE是能够正确估计的活塞，尖端和倾斜像差的典型值为100 nm RMS的分段望远镜的定相误差。我们还确定了COFFEE的局限性，重建的低阶波前模式，这是高度过滤的日冕。这是使用HiCAT上的两个焦平面掩模尺寸来说明的。我们讨论了可能的解决方案，在硬件系统和COFFEE优化器，以减轻这些问题。
2020-06-25 astro-ph.IM
SPEED: the Segmented Pupil Experiment for Exoplanet Detection
通过直接成像搜索附近的系外行星是太空和地面计划的主要科学驱动力之一。虽然8米级望远镜上的第二代专用高对比度仪器即将大大扩大直接成像行星的样本，但探索行星参数空间到迄今为止看不见的区域，最理想的是到类地行星，是未来几十年的一项重大技术挑战。这需要增加空间分辨率并显著提高在近角度间隔处的高对比度成像能力。分段望远镜提供了一条从地面（ELT）大幅扩大望远镜直径或在太空中实现最佳直径的实用途径。然而，将单片孔径的高对比度成像领域中的当前技术进步转化为分段孔径的情况远非微不足道。SPEED（系外行星探测的分段光瞳实验）是拉格朗日实验室正在开发的一个新的仪器设施，用于利用分段望远镜实现高对比度仪器的战略和技术。SPEED结合了波前控制，包括精确分段定相架构，使用两个顺序高阶可变形反射镜进行相位和振幅控制的波前整形，以及高级冠状摄影努力实现非常接近的角分离（PIAACMC）。SPEED代表了对ELT领域和未来空间任务的重大投资和技术发展，并将提供一个理想的茧，为复杂/不规则孔径的相位和高对比度领域的技术进步铺平道路。在本文中，我们描述的整体设计和哲学的速度台。
2014-07-25 astro-ph.IM
Exploiting symmetries and progressive refinement for apodized pupil Lyot coronagraph design
现代电晕放电设计依赖于先进的大规模优化过程，需要不断增加的计算资源。在本文中，我们限制自己的设计变迹瞳孔Lyot冠状图（APLCs）。为了为未来的巨型太空望远镜制作APLC设计，我们需要对切趾器进行精细采样，以解决望远镜瞳孔中的所有小特征，例如片段间隙。此外，我们要求电晕放电器在宽带光下工作，并且对Lyot光阑的小偏差不敏感。对于未来的设计，我们希望包括被动抑制低阶像差和有限的恒星直径。这种优化的内存需求将超过问题矩阵本身的数TB。因此，我们希望减少变量和约束的数量，以最小化问题矩阵的大小。我们展示了如何对称的瞳孔和Lyot停止表示在完整的优化问题，并允许删除变量和约束。每一个镜像对称都将问题的规模缩小了四倍。其次，我们引入了渐进式细化，它使用低分辨率优化作为更高分辨率的先验。这使我们能够从高分辨率优化中删除大多数变量。这两项改进加在一起，所需的计算机内存减少了256倍，速度也相应提高。这允许焦平面掩模和Lyot光阑几何结构的相空间的更大探索，以及对Lyot光阑未对准的灵敏度的更容易的模拟。此外，切趾器现在可以在其原生制造分辨率下进行优化。
2020-12-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Apodized vortex coronagraph designs for segmented aperture telescopes
目前最先进的高对比度成像仪器利用许多优雅的日冕设计来抑制星光并对附近的微弱物体（如系外行星和星周盘）进行成像。光学系统的理想性能和复杂性在很大程度上取决于望远镜孔径的形状。不幸的是，大的主镜往往是分段的，并具有各种障碍物，这限制了大多数传统的电晕放电设计的性能。我们提出了一个新的家庭的涡旋日冕仪与数字优化的灰度变迹器，提供直接图像微弱的系外行星与大型，分段孔径望远镜，包括三十米望远镜（TMT）以及潜在的下一代太空望远镜所需的灵敏度。
2016-07-21 astro-ph.IM physics.optics
Laboratory and On-Sky Validation of the Shaped Pupil Coronagraph's Sensitivity to Low-Order Aberrations With Active Wavefront Control
我们提出了早期的实验室模拟和广泛的天空测试验证的形状瞳孔日冕（SPC）背后的斯巴鲁Coronagaphic极端自适应光学（SCExAO）系统的极端AO校正光束的性能。在使用SCExAO内部光源/波前误差模拟器的测试中，SPC的归一化强度分布比Lyot日冕仪的退化更慢，因为低阶像差从极高值（S.R. $\sim$ 0.93--0.99）与目前地面极端AO系统（S.R. $\sim$ 0.74--0.93），然后将值略微降低至S.R.。$\sim$ 0.57。用SPC和其他日冕仪为棕矮星/行星宿主恒星HD 1160和HR 8799拍摄的天空SCExAO数据为SPC对低阶像差的鲁棒性提供了进一步的证据。从80%到70%的H波段Strehl比率，Lyot日冕仪的性能与SPC的性能相比，在天空中的退化速度可能比我们内部源模拟中看到的还要快。Lyot的5- $σ$对比度也比SPC下降得更快（2倍）。我们使用的SPC仅被设计为技术演示器，其对比度地板，吞吐量和外部工作角度与SCExAO当前的AO性能不匹配，并且对于HR 8799行星的成像调整不佳。然而，我们使用宽带模式下的SPC使用SCExAO/CHARIS探测HR 8799 cde，其中行星e的S/N在使用涡旋日冕仪获得的S/N的30%以内。成形瞳孔日冕仪是一种很有前途的设计，被证明在存在低阶像差的情况下是稳健的，可能非常适合未来的地面和天基…
2018-01-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
XAO-assisted coronagraphy with SHARK NIR: from simulations to laboratory tests
几个专用于探测和表征系外行星的极端自适应光学（XAO）系统目前正在8-10米级望远镜上运行。日冕仪通常用于这些设施中，以拒绝观察到的恒星的衍射光，并使其星周环境的直接成像和光谱学成为可能。SHARK-NIR是一种将在大型双目望远镜（LBT）上使用的日冕照相机。经过广泛的模拟活动，SHARK-NIR团队选择了一套在仪器中实施的日冕技术，以满足科学要求。总之，高斯Lyot日冕仪是服务于所有需要场稳定和适度对比度的科学案例的选择。在光瞳稳定模式下搜寻系外行星的观测可以利用三个成形光瞳掩模（SPC）和一个四象限相位掩模（Four-Quadrant Phase Mask）日冕仪。SPC的设计是为了在靠近恒星的小视场内实现高对比度，并且对图像和瞳孔抖动具有鲁棒性。该传感器可以访问整个科学FoV（18“x18”），并在理想条件下（高斯特列尔比）提供出色的性能，但性能仍然很好，无论是靠近还是远离恒星，即使在较低的斯特列尔和适度的振动。采购阶段结束后，冠状掩模被运送到我们的实验室，我们开始在光学工作台上测试其性能，并定义将在我们的清洁室中最终集成仪器时使用的对准程序。在这篇文章中，我们描述了我们在实验室中使用SHARK-NIR日冕仪进行的测试。我们测量了每种技术在非常高的斯特列尔条件下可实现的对比度，并定义了增强集成程序。
2020-11-25 astro-ph.IM
Observing inside the coronagraphic regime with optimized single-mode nulling interferometry
用大型望远镜进行高对比度日冕照相成像的类地系外行星的数量受到日冕照相仪可以观察到的明亮恒星的最小角度偏移的限制。然而，通过在望远镜的瞳孔中采用调零干涉测量法，可以到达望远镜的日冕区域内部。事实上，交叉孔径调零干涉测量法可以比典型的日冕仪更接近恒星进行观测，甚至可以在恒星衍射核心内进行观测。识别最佳调零电晕放电，即，因此，具有非常小的IWA和用于系外行星光的高吞吐量的太阳能电池将引起极大的兴趣。因此，对现有的归零方案进行了系统的审查，这导致了三件事。首先是一个拓扑的概述，团结成一个共同的几何框架的多孔径调零干涉仪和单孔径相位日冕仪。第二种是一种新型的相位掩模日冕，它出现在这个框架的间隙中，在这里称为分裂环日冕。第三个是一个明确的识别的最佳配置为零电晕，这原来是一个孔径平面相位刀，即，在将望远镜的点扩散函数聚焦到单模光纤中之前，将消色差π弧度相移施加到望远镜光瞳的一半。相位刀光纤日冕仪的理论峰值效率为35.2%，对于圆形望远镜孔径，被发现几乎是下一个最有效的情况下，涡旋光纤零器的两倍，在19.0%。
2022-10-17 astro-ph.IM
Coronagraphy for DiRect Imaging of Exoplanets (CIDRE) testbed 1: concept, optical set up, and experimental results of adaptive amplitude apodization
即将到来的系外行星光谱成像仪，如用于超大望远镜（ELT）的行星相机和光谱仪（PCS），将瞄准一类新的系外行星，包括围绕M矮星演化的类地行星，即，比0.1“更接近，对比度约为10^-8。这可以用日冕仪来调制波前来实现。经典的日冕仪并不是最佳的：1）它们造成行星光子损失，这在仪器包括高光谱分辨率摄谱仪时特别成问题，2）一些像差（诸如ELT的缺失段）是动态的并且与静态日冕仪设计不兼容，3）将系外行星图像与用于光谱学的光纤耦合只需要在探测器的小区域上控制电场。这种仪器将受益于自适应工具，以在振幅和相位上调制波前。我们提出在光瞳平面中组合用于控制相位的可变形反射镜（DM）和数字微反射镜器件（DMD），由1920*1080微镜组成的阵列，能够在两个位置之间切换，以控制其幅度。如果DM在本领域中已经是公知的，特别是对于自适应光学应用，则DMD迄今尚未被充分考虑。在IPAG，我们目前正在组装一个名为CIDRE（用于系外行星定向成像的日冕仪）的测试平台，以开发，测试，校准和验证这两个组件与Lyot日冕仪的组合。自2022年3月以来，CIDRE已组装完成，尽管尚未安装Lyot coronagenum。最初的几个月一直致力于DMD的校准。自2022年5月起，它开始运行并用于测试动态振幅变迹冠状图（所谓的塑形瞳孔）。本文介绍了CIDRE实验台的建立和DMD获得的自适应形状瞳孔的第一个实验结果。
2022-09-13 astro-ph.IM
A dual-mask coronagraph for observing faint companions to binary stars
用传统的日冕照相方法观测双星的微弱伴星是具有挑战性的，因为如果它们的散射光不被抑制，这两个目标都将足够明亮，足以掩盖附近任何微弱的伴星。我们建议使用变迹的瞳孔Lyot日冕仪和一对主动控制的图像平面掩模来同时抑制双星的日冕检查。的性能进行了比较，成像与带限掩模，双掩模Lyot电晕放电和没有电晕放电在所有。还描述了用于掩模的成像过程和控制系统。
2011-03-16 astro-ph.IM
Active compensation of aperture discontinuities for WFIRST-AFTA: analytical and numerical comparison of propagation methods and preliminary results with a WFIRST-AFTA-like pupil
在日冕仪焦平面中寻求最高对比度水平的新前沿现在是校正由越来越复杂的孔径在科学相机处引入的大衍射伪影效应。用于WFIRST/AFTA任务的日冕仪将是第一个具有两个可变形反射镜波前控制系统的太空仪器。无论这些多变形镜的控制算法如何，它们都必须依赖于对由光瞳外表面引入的传播效应的快速准确的模拟。在本文的第一部分中，我们提出了不同的近似来模拟这些传播效应的解析描述。在附录A中，我们通过分析证明，在引起会聚光束的表面的特殊情况下，菲涅耳方法对这些效应的模拟产生高保真度。我们提供了数值模拟显示这种效果。在第二部分中，我们使用这些工具的框架中的主动补偿孔径不连续性技术（ACAD）适用于瞳孔几何形状类似于WFIRST AFTA。我们提出了这些模拟的背景下的高对比度成像器的光学布局复杂的孔径望远镜，这将测试ACAD的光具座。分析的结果表明，使用ACAD方法，变迹光瞳lyot coronagnets和我们目前的变形镜的性能，我们能够获得，在数值模拟中，一个黑洞的AFTA样的瞳孔。我们的数值模拟表明，我们可以获得比$2.10^{-9}$更好的对比度在单色光和优于3.e-8的10%带宽之间的5和14 λ/D。
2016-01-15 astro-ph.IM
Deformable mirror-based pupil chopping for exoplanet imaging and adaptive optics
针对地基望远镜AO系统无法校正非共路像差的问题，提出基于变形镜的光瞳斩波波前传感技术，经仿真与SEAL测试台验证，该技术低行程即可线性响应低阶像差，支持kHz级实时湍流校正。
2023-08-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-contrast Demonstration of an Apodized Vortex Coronagraph
高对比度成像是直接探测和表征太阳系恒星周围类地行星的主要途径;一个巧妙设计的内部日冕抑制了来自恒星的光，揭示了难以捉摸的星周同伴。然而，未来的大口径望远镜（直径$>$ 4~m）可能会有分段的主镜，这会导致不需要的恒星光的额外衍射。在这里，我们提出了第一个高对比度实验室演示的切趾涡日冕（AVC），其中切趾器被放置在上游的涡焦平面掩模，以提高其性能与分段光圈。灰度变迹的数值优化，以产生一个更好的灵敏度，假设一个光圈形状类似于LUVOIR-B的概念微弱的同伴。利用波前传感和对单侧黑洞的控制，我们在775 nm单色光下获得了$2\times10^{-8}$的原始对比度，在10%带宽下获得了$4\times10^{-8}$的原始对比度。这些结果为新的日冕仪设计家族开辟了道路，最适合下一代分段式空间望远镜。
2020-02-03 astro-ph.IM
Analytical tolerancing of segmented telescope co-phasing for exo-Earth high-contrast imaging
本文介绍了一种分析方法来计算段级波前误差容限，以使在太空中使用分段望远镜探测微弱的太阳系外行星。这项研究提供了一个完整的治疗空间不相关的分段望远镜日冕，迄今为止，只有接近使用特设蒙特卡罗模拟段定相误差。而不是描述波前公差全球所有的部分，我们的方法产生空间依赖的要求。我们将日冕黑洞的统计平均对比度与主镜上每个单独部分的波前误差的标准差相关联。这种分段级公差的统计框架扩展了空间分段望远镜成像（PASTIS）的基于对的分析模型，该模型唯一地基于光学传播的矩阵乘法。我们证实了我们的分析结果与蒙特卡罗模拟的E2E光传播通过日冕。将我们的结果与以前的研究进行比较，我们显示出普遍的一致性，但提供了一个放松的要求的一个重要的子集的部分的变迹光瞳Lyot Coronagraphic设计的大型紫外光学红（LUVOIR）望远镜。这些需求图对于任何给定的望远镜几何形状和日冕仪设计都是唯一的。我们计算的空间上不相关的段容差是完整误差预算的关键要素，该预算还需要包括相关段贡献的分配。我们讨论了如何PASTIS形式主义可以扩展到空间相关的情况下，通过推导的统计平均对比度和方差的非对角像差协方差矩阵。因此，PASTIS公差框架带来了一种新的能力，这是未来分段空间观测站的全球公差所必需的。
2021-03-10 astro-ph.IM
Apodized Pupil Lyot Coronagraphs for Arbitrary Apertures. IV. Reduced Inner Working Angle and Increased Robustness to Low-Order Aberrations
变迹光瞳Lyot日冕仪（APLC）是安装在最近部署的仪器Palomar/P1640、Gemini/GPI和VLT/SPHERE上的衍射抑制系统，用于对星周环境进行直接成像和光谱分析。使用一个长切趾，目前的实现提供原始对比度下降到$10^{-7}$在0.2弧秒从一个恒星在一个宽的带通（20\%），在存在的中央障碍和支柱，使年轻或大质量气态行星的研究。在较小的分离度下观察较老或较轻的伴星需要改进内部工作角（IWA）和对比度，但最初用于这些设计的方法无法完全探索参数空间。在这里，我们提出了一种新的方法来提高APLC的性能。我们的方法依赖于线性特性的日冕电场与切趾在任何波长的数值解产生日冕恒星图像的高对比度区域在宽带光。我们通过考虑不同的孔径几何形状，对比度水平，暗区尺寸，带通和焦平面掩模尺寸来探索参数空间。我们提出了一个应用这些解决方案的情况下，双子座/GPI的设计提供了$10^{-8}$原始对比度为0.19弧秒，并提供了显着降低的灵敏度，低阶像差相比，目前的实施。还发现了最佳解决方案，以达到$10^{-10}$对比度的宽带光，无论望远镜孔径的形状（特别是中央障碍的大小），有效的IWA在$2-3.5λ/D$范围内，因此使APLC的一个合适的选择，为未来的系外行星直接成像仪在地面或空间。
2014-12-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Fourth-order Coronagraph for High-Contrast Imaging of Exoplanets with Off-axis Segmented Telescopes
我们提出了一个离轴分段望远镜，这是足够不敏感的望远镜指向误差和有限的主恒星的角直径，使潜在的宜居行星的高对比度成像的四阶零日冕系统。日冕照相系统的内工作角接近于$1λ/D$，没有外极限。提出的日冕照相系统是由一个新的焦平面掩模和一个优化的Lyot停止与二阶零。这种新的焦平面掩模是带限掩模的一种扩展。我们构造了一个四阶零的日冕系统，通过将两个新的日冕系统连续地放置成彼此正交。所提出的系统仅限于窄带使用。解析地推导了日冕系统的特性，包括：（1）由于有限的恒星直径和望远镜指向抖动引起的恒星光泄漏;（2）峰值吞吐量。基于这些解析表达式，我们实现了该日冕照相系统的性能模拟，考虑0.75 $\mathrmμ$ m的单色光和离轴主镜直径为8.5 m。结果表明，由于掩模的工作区域较宽，在望远镜指向抖动小于$0.01λ/D\approx240$ as的条件下，可以探测到绕K矮星和G矮星运行的类地行星。拟议的日冕系统是有希望的潜在的可居住的行星与未来的空间离轴六边形分段望远镜检测。
2020-03-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Polarization aberrations in next-generation giant segmented mirror telescopes (GSMTs) I. Effect on the coronagraphic performance
本文模拟了三台下一代巨型拼接镜面望远镜的偏振像差，发现由主次镜陡峭角度引起的延迟离焦会将日冕仪对比度限制在 $10^{-4}$ 至 $10^{-6}$ 量级，并指出镀膜选择及补偿设计是未来高对比度成像的关键。
2023-04-04 astro-ph.IM
Analysis of azimuthal phase mask coronagraphs
在本文中提出了一个分析研究的方位角相位掩模日冕目前设想用于检测和表征太阳系外行星。特别强调的是放在物理和几何解释的数学发展。两个必要条件被定义为实现在光瞳平面中的日冕，说明相位掩模产生的复振幅应具有零平均值，一方面，其傅立叶系数应仅为偶数，另一方面，完全消光。这样的相位函数的例子进行审查，包括光学涡旋，四象限相位掩模，和方位角余弦相位函数。还给出了构建更复杂函数的提示。最后，提出了一种简化的掩模缺陷漏光表达式
2018-05-30 astro-ph.IM
High-contrast imager for complex aperture telescopes (HiCAT): 5. first results with segmented-aperture coronagraph and wavefront control
分段望远镜是使大口径空间望远镜能够对可居住世界进行直接成像和光谱分析的可能性。然而，由于中心障碍、支撑结构和段间隙，它们的孔径几何形状的复杂性使得高对比度成像具有挑战性。用于复杂孔径望远镜的高对比度成像仪（HiCAT）测试平台旨在研究和开发使用波前控制和日冕星光抑制的此类望远镜瞳孔的解决方案。试验台的设计具有灵活性，可以对望远镜孔径几何形状的复杂性进行研究：离轴望远镜，带有中心障碍物和支撑结构的轴上望远镜-例如宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）-轴上分段望远镜，包括大型紫外，光学，红外望远镜（LUVOIR）的各种概念。在过去的一年中，HiCAT进行了重大的硬件和软件更新，以加速项目的发展。除了对运行测试台的软件进行全面检修外，我们还完成了几项硬件升级，包括第二和第三个可变形反射镜，以及针对HiCAT光圈进行优化的第一个定制变迹光瞳Lyot Coronagnetic（APLC），这与LUVOIR考虑的可能几何形状之一相似。该测试台还包括几个外部计量功能，用于快速更换部件，特别是能够轻松测试多个切趾器，一个主动倾斜控制系统，以补偿外壳中的局部振动和空气湍流。在软件和操作方面，软件基础设施支持全天候自动化实验，包括常规校准任务和高对比度实验。我们提出了一个概述和状态更新的项目，在硬件和软件方面，并描述与APLC WFC获得的结果。
2019-03-13 astro-ph.IM
Lyot-based Ultra-Fine Pointing Control System for Phase Mask Coronagraphs
小内工作角下的高性能日冕照相成像需要有效地控制低阶像差。在小的分离处缺乏精确的指向控制不仅降低了日冕的星光抑制，而且增加了混淆行星光子与日冕焦平面掩模中心附近泄漏的星光的风险。解决这个问题是必不可少的，以防止日冕泄漏，因此，我们已经开发了一个新的概念，基于Lyot的指向控制系统（LPCS），控制指向误差和其他低阶像差内的日冕。LPCS使用由Lyot光阑在光瞳平面处反射的残余星光。我们的模拟已经证明了指向误差的测量精度在2-12 nm之间的倾斜在1.6微米与四象限相位掩模电晕。
2013-10-15 astro-ph.IM
Spectroscopic fourth-order coronagraph for the characterization of terrestrial planets at small angular separations from host stars
我们提出了一种新的方法，用于高对比度成像的衍射极限使用分段望远镜在一个适度的观察带宽。这个概念，命名为“光谱四阶日冕照相术”，是基于一个四阶日冕与焦平面掩模，沿一个方向调制的艾里盘的复振幅。虽然日冕仪应用复振幅掩模可以实现任何瞳孔的理论极限性能，但焦平面掩模严重限制了带宽。在这里，聚焦于焦平面掩模沿一个方向调制复振幅的事实，我们注意到掩模可以针对摄谱仪产生的每个光谱元素进行优化。我们将四阶日冕仪与两台摄谱仪相结合，在焦平面上产生恒星光谱，并在Lyot光阑上重建白色瞳孔。基于对Offner型成像光谱仪光学设计的波前分析，我们发现，对于LUVOIR望远镜的入射光瞳，在650 - 750 nm波长范围内，在1.2 - 1.5倍衍射极限处，该概念可实现的对比度为10^{-10}。因此，这个日冕的概念不仅可以在20 - 30秒差距以上的G-和K-型恒星周围，而且可以在非常接近的M-型恒星周围带来新的宜居行星候选者。这种方法有可能促进未来轴上和离轴分段大型望远镜对附近类地行星大气层的表征。
2020-12-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Numerical modelling of the proposed WFIRST-AFTA coronagraphs and their predicted optical performances
WFIRST-AFTA 2.4米望远镜将在未来十年内为行星和盘的成像和光谱学提供一个日冕仪。然而，这台望远镜并不理想，因为它的孔径被遮住了。直到最近，才彻底研究了可以有效地与这种配置一起工作的电晕放电设计。AFTA项目选择了三种冠状效应设计，即混合Lyot、成形光瞳和相位诱导振幅变迹复合掩模冠状效应（PIAA-CMC）进行进一步开发。这些的真实测试平台演示才刚刚开始，因此目前评估其潜在性能的最可靠方法来自于结合衍射传播的数值建模，真实的系统模型以及模拟波前传感和控制。在这里，我们提出了目前的电晕放电设计的性能评估方法和结果。
2015-09-16 astro-ph.IM
Vortex coronagraphs for the Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) concept: theoretical performance and telescope requirements
可居住系外行星成像任务（HabEx）的概念需要一个光学日冕，提供在宽光谱带宽，高吞吐量的点源在小角度分离，并随时间变化，低阶像差不敏感的深星光抑制。涡旋日冕仪是一种很有前途的解决方案，在离轴的单片望远镜上表现最佳，也可以设计用于性能损失较小的分段望远镜。我们描述了离轴望远镜上的涡旋日冕仪的主要优点：1）由于像差引起的不必要的衍射在几个低阶Zernike模式中被被动地拒绝，放松了对成像类地行星的波前稳定性要求，从<10 to >100 pm rms。2)角直径>0.1 $λ/D$的恒星可能被充分抑制。3)行星的绝对吞吐量大于10%，即使对于不利的望远镜架构。4)宽带解决方案（$Δλ/λ>0.1$）可用于单片和分段孔径。后者利用上游光瞳平面中的灰度变迹器来提供对来自望远镜光瞳中的振幅不连续性的衍射光的抑制，而不会在可变形反射镜上引起额外的行程。我们设置波前稳定性要求的望远镜，恒星的辐照度阈值设置在3 $\pm$ 0.5 $λ/D$从恒星的角间距的基础上，并讨论如何通过交易的鲁棒性，行星吞吐量的像差，一些要求可能会放宽。
2018-03-11 astro-ph.IM
