Design of mirrors and apodization functions in phase-induced amplitude apodization (PIAA) systems
相位诱导振幅变迹（PIAA）日冕仪是一种很有前途的成像系外行星的技术，有可能探测到类太阳恒星周围的类地球行星。PIAA系统名义上由一对反射镜组成，该对反射镜在没有衰减的情况下对入射光进行整形，与一个或多个切趾器耦合以减轻衍射效应或提供附加的光束整形以产生期望的输出轮廓。我们提出了一组方程，允许切趾器被选择为任何给定的一对镜子，或相反的镜子形状选择给定的切趾器，以产生任意的振幅分布在系统的输出。我们展示了如何经典PIAA系统可以通过这种方法设计，并提出了一种新的4镜系统的设计，具有更高的吞吐量比标准的2镜系统。我们还讨论了由于衍射和设计步骤，可以采取以减轻他们的限制。
2012-06-18 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
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
The Phase Induced Amplitude Apodizer and Nuller -- High transmission, high dispersion coronagraphy at 2λ/D
Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève（日内瓦天文台，天文学系，日内瓦大学）；Division of Space and Planetary Sciences, University of Bern（伯尔尼大学空间与行星科学系）；Division of Space Research and Planetary Sciences, Physics Institute, University of Bern（伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学系）
PIAAN冠状图通过单模光纤实现高对比度和高传输率，为比邻星b的高色散冠状图观测提供关键技术方案。
2025-03-24 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
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
Dark zone maintenance results for segmented aperture wavefront error drift in a high contrast space coronagraph
由于光子数量有限，直接成像行星需要很长的集成时间与日冕仪。波前必须在相同的时间尺度上稳定，这在空间中由于热变化和其他机械不稳定性而通常是困难的。在本文中，我们讨论了未来的空间任务观测条件的影响，我们最近的实验室演示的暗区维护（DZM）算法。实验是在空间望远镜科学研究所（STScI）的复杂孔径望远镜（HiCAT）高对比度成像仪上进行的。该实验台包括一个分段孔径，一对连续变形镜（DM），和一个lyot日冕。分段孔径将高阶波前像差漂移注入到系统中，然后通过DZM算法由下游的DM校正。我们研究了各种漂移模式，包括分段孔径漂移，所有三个DM同时漂移，并在多个波长的漂移校正。
2021-08-18 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Lyot-plane phase masks for improved high-contrast imaging with a vortex coronagraph
涡旋日冕仪是一种光学仪器，可以精确地去除轴上的星光，从而在与恒星的小角度分离处进行高对比度成像，从而为直接探测和表征系外行星和星周盘提供了至关重要的能力。具有孔径障碍物的望远镜，如副镜和蜘蛛支撑结构，需要先进的日冕设计来提供足够的星光抑制。我们引入了一个相位只有Lyot平面光学的涡旋日冕，提供了更好的对比度性能的望远镜与复杂的孔径。欧洲极大望远镜（E-ELT）的潜在解决方案进行了描述和比较。添加Lyot平面相位掩模将残余星光重新定位远离像平面的区域，从而减少恒星噪声并提高对离轴同伴的灵敏度。使用迭代相位恢复算法计算相位掩模。在数值上，我们实现了一个对比度的顺序$10^{-6}$的伴星与角位移一样小的$4~λ/D$与E-ELT型光圈。即使在存在像差的情况下，与单独的常规涡旋电晕放电或优化的光瞳平面相位元件相比，预期改进的性能。
2015-09-18 astro-ph.IM physics.optics
RISTRETTO: coronagraph and AO designs enabling High Dispersion Coronagraphy at 2 lambda/D
RISTRETTO是将VLT仪器SPHERE和ESTERO耦合的原始想法的演变，旨在实现高色散日冕测量。RISTRETTO是一个访客仪器，它应该能够通过使用高对比度、高分辨率光谱技术，在反射光中表征附近系外行星的大气。它的目标是观测Prox Cen b和其他距离恒星约35 mas的行星，即λ = 750 nm处的2 λ/D。该仪器由极自适应光学、日冕积分场单元和衍射极限摄谱仪（R=140.000，λ =620-840 nm）组成。我们介绍了我们关于冠状动脉造影IFU和XAO系统的研究现状。第一个特别是基于PIAA切趾器的修改版本，允许在第一个衍射环上调零。我们提出的设计有可能达到> 50%的耦合和<1 E-4的对比度，在2lambda/D的中位视宁度条件。
2022-08-30 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
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
Demonstration of high contrast with an obscured aperture with the WFIRST-AFTA shaped pupil coronagraph
WFIRST-AFTA任务研究中的日冕仪有两种日冕结构，成形瞳孔和混合Lyot，它们可以互换用于不同的观测场景。每种架构都依赖于新开发的掩模组件，以便在AFTA孔径存在的情况下发挥作用，因此两者都必须在任务之前成熟到高技术就绪水平（TRL）。一系列的里程碑被设置为跟踪仪器所需的技术的发展;在本文中，我们报告完成WFIRST-AFTA Coronagestone里程碑2-窄带$10^{-8}$对比度测试与静态像差的形状瞳孔-和即将到来的宽带Coronagestone里程碑5的计划。
2015-11-05 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
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
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
EXCEDE Technology Development III: First Vacuum Tests
本文是EXCEDE（系外行星绕星环境和磁盘探测器）任务概念技术开发系列的第三篇，该任务概念于2011年被NASA的探测器计划选为技术开发（第三类）。EXCEDE是一个0.7米的空间望远镜概念，旨在实现1.2 l/D的内部工作角为1 e6和2 l/D及以上的1 e7的原始对比度。这将使它能够直接探测和空间分辨低表面亮度的拱星碎片盘，以及在其宿主恒星的宜居带附近拍摄巨行星的图像。除了对碎片盘进行基础科学研究外，EXCEDE还将作为未来任何地球外成像任务的技术和科学先驱。EXCEDE采用基于PIAA日冕物质抛射的星光抑制系统（SSS），实现了强劲的性能。我们报告我们的持续发展的SSS的EXCEDE，特别是（a）我们的系统重新配置成一个更像飞行的布局，上游变形镜和逆PIAA系统，以及LOWFS，和（b）测试这个系统在真空室中，包括IWA，对比度和稳定性性能。到目前为止，在单色光中，1.2-2.0 l/D之间的对比度为2.9 e-7，2.0-6.0 l/D之间的对比度为9.7 e-8;在10%波段中，2.0-6.0 l/D之间的对比度为1.4 e-6，所有这些都是在PIAA日冕仪以1.2 l/D的内工作角工作的情况下实现的。这在单色光中构成了比EXCEDE要求（在那些区域中）更好的对比度，并且朝着宽带光的要求发展。尽管这项技术开发主要针对EXCEDE，但它也与任何系外行星直接成像天基望远镜密…
2014-07-16 astro-ph.IM
Apodized phase mask coronagraphs for arbitrary apertures
相位掩模日冕仪可以被视为线性系统，其在光瞳平面中空间地重新分布由望远镜收集的能量。理想情况下，大部分同轴光必须被阻挡在孔径之外，并被Lyot光阑阻挡，而几乎所有的离轴光必须通过它。离轴望远镜的无障碍圆形孔径使这成为可能，但所有主要的望远镜都是同轴的，这些日冕仪的性能因中心障碍而大大降低。它们的性能可以通过使用额外的优化设计的切趾器来恢复，该切趾器改变第一光瞳平面中的振幅，使得轴上光被拒绝在望远镜的被阻挡的孔径之外。通过对Lyot光阑不遮挡的电场极值设置约束条件，使切趾器的透射率最大化，建立了数值优化模型。的coronagraphic图像相比，一个非切趾相位掩模coronagraphic提供和分析之间存在的折衷的切趾器传输和Lyot停止属性。解的存在和掩模透射取决于孔径和Lyot光阑几何形状，以及对轴上衰减设置的约束。系统吞吐量是Lyot停止传输的凹函数。在VLT类孔径的情况下，与四象限相位掩模相关联的0.16至0.92的透射比的切趾器在距离恒星1 λ/D处提供低至几个1 e-10的对比度。对于具有0.88传输的切趾器和具有0.69传输的Lyot光阑，系统的最大吞吐量为0.64。优化切趾器的涡流相位掩模需要的计算时间比在前面的情况下长得多，并没有结果，该掩模。
2012-12-26 astro-ph.IM
Differentiable design of the PIAA-ZWFS: a flexible wavefront sensor that approaches the fundamental limit
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）
提出PIAA-ZWFS波前传感器，利用可微优化框架和贝叶斯实验设计，在模拟中相比传统ZWFS将性能差距缩小10倍，并证明振幅与相位信息获取存在权衡。
2026-10-19 astro-ph.IM cs.CV physics.optics
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
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
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
Demonstration of broadband contrast at 1.2 $λ$/D and greater for the EXCEDE Starlight Suppression System
行外行星星周环境和磁盘探测器科学飞行任务概念使用可见光波长相位诱导振幅切趾日冕仪，以便能够对星周碎片系统和一些角距达到一些最近恒星的宜居带的巨型行星进行高对比度成像。我们报告的实验结果，在洛克希德·马丁先进技术中心的真空室中获得的10%的宽带光中心约650 nm，与$1 \times 10^{-5}$的中位数对比度之间的1.2和2.0 $λ$ /D同时与$3 \times 10^{-7}$对比度之间的2和11 $λ/D$使用变形镜（DM）的PIAA日冕上游的单面黑洞。这些结果是稳定和可重复的，如三次测量运行所证明的，DM设置从头开始设置，并保持在1000个收集帧中的最佳90%。我们比较减少的实验数据与模拟结果从建模观察到的实验限制，观察到的性能是一致的未校正的低阶模式不估计的低阶波前传感器（LOWFS）。模拟的灵敏度带宽和剩余的小费/倾斜模式是很好地匹配的实验。
2017-09-07 astro-ph.IM
Band-Limited Coronagraphs using a halftone-dot process: II. Advances and laboratory results for arbitrary telescope apertures
带限电晕放电是一个近乎理想的概念，理论上可以完美地消除轴上光源的所有光线。在过去的几年里，已经在实验室中开发和测试了几个原型，现在更多的重点是开发能够有效地提供这种概念的预期高对比度水平的最佳技术。继早期的近红外演示器的发展，我们提出并讨论了第二代原型使用半色调点技术的结果。我们报告改进的精度控制的本地传输的制造的原型，这是测量到小于1%。这种先进的H波段限带设备在实验室中表现出出色的对比度水平，在24%的光谱带宽上，在比3 lambda/D更远的角间距下，对比度水平可降至10-6。这些性能优于我们以前的原型超过一个数量级，并确认了制造工艺的成熟度。当前和下一代高对比度仪器可以直接受益于这种能力。在这种情况下，我们实验研究的能力，带限电晕放电，以承受各种复杂的望远镜孔径。
2011-11-29 astro-ph.IM
Active correction of aperture discontinuities - optimized stroke minimization I: a new adaptive interaction matrix algorithm
未来在可居住的系外行星上寻找生物标志物将依赖于望远镜仪器，这些仪器在小的行星到恒星的角间距上实现极高的对比度。日冕照相术是一种很有前途的星光抑制技术，它可以在清晰的孔径上为离轴光源提供优异的对比度和吞吐量。然而，随着时间的推移，空间和地面望远镜孔径的复杂性不断增加，这是由于主镜分割，次镜和支撑结构的组合。望远镜孔径的这些不连续性限制了日冕仪的性能。在本文中，我们提出了ACAD-OSM，一种新的主动方法来纠正光圈不连续性的衍射效应在最终的图像平面的日冕。主动方法使用一个或多个可变形反射镜，这些可变形反射镜由相互作用矩阵控制以校正瞳孔中的像差。然而，它们通常受到由孔径不连续性引入的像差量的限制。该算法依赖于在校正过程期间重新校准相互作用矩阵以克服该限制。我们首先描述了ACAD-OSM技术，并将其与以前用于校正孔径不连续性的主动方法进行比较。然后，我们展示了其性能的对比度和离轴吞吐量静态孔径不连续性（分割，支柱）和一些像差演变的仪器的寿命（剩余相位像差，文物的孔径，失调的冠状动脉设计）。这种技术现在可以在任何给定的孔径上获得10^（-10）对比度的类地行星探测阈值，至少10%的光谱带宽，有几种日冕仪设计。
2017-09-07 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
Discovering and Characterizing the Planetary Systems of Nearby Stars: The scientific need for medium aperture space coronagraph observations
通过可在今后十年内开始的中等孔径高性能日冕空间飞行任务，可在发现和确定邻近恒星的行星系统特性方面取得重大进展。它的观测将在研究从宜居带的类地行星到巨型行星和星周碎片盘方面取得重大进展，还将为设计能力更强的未来飞行任务提供信息。令人兴奋的是，这种基础的系外行星科学可以用相对适度的能力来完成。
2009-02-24 astro-ph.EP astro-ph.GA 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
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
Active correction of aperture discontinuities - optimized stroke minimization II: optimization for future missions
高对比度成像和光谱学为系外行星形成模型以及行星大气模型提供了独特的限制。在过去的二十年里，这一领域的仪器技术有了很大的改进，随着恒星日冕学的发展，与波前传感和控制的具体方法并行。下一代空间和地面望远镜将首次允许表征冷太阳系行星，甚至可能原位检测生物标记。然而，这些检测所必需的主镜直径的增长伴随着其复杂性（分割、次镜特征）的增加。光圈中的这些不连续性可以极大地限制日冕照相仪器的性能。在这种情况下，我们介绍了一种新的技术，主动校正孔径不连续性-优化行程最小化（ACAD-OSM），以纠正孔径不连续性的衍射效应，在最终的图像平面的日冕，使用可变形反射镜。在本文中，我们提出了几种工具，可用于优化性能的这种技术，其应用于未来的大型任务。特别是，我们分析了可变形的设置（大小和分离距离）的影响，并发现有一个最佳点，这种设置，优化的对比度和吞吐量的仪器的性能，同时最大限度地减少中风应用到可变形反射镜。这些结果将有助于我们设计未来的日冕仪，以获得最佳的性能。
2017-10-05 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
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
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
Improved achromatization of phase mask coronagraphs using colored apodization
对于直接成像的系外行星，恒星日冕有助于通过衰减直径为D的望远镜孔径引起的衍射效应来消除观测到的明亮恒星的图像。双区相位掩模（DZPM）日冕物质抛射是一个很有前途的概念，因为它理论上提供了小的内工作角（IWA \sim λ 0/D）、良好的消色差性和高的星光抑制，在距离恒星5 λ 0/D处，在25%的光谱带宽Δλ/λ 0（类似于H波段）上，典型地达到1 e6的对比度。这最后一个值被证明是令人鼓舞的年轻和温暖的类彗星行星的宽带成像。然而，在有限的光谱带宽上观察较老和/或质量较小的同伴需要高于1 e6的对比度水平。因此，DZPM电晕放电的消色差改进是达到这样的性能的强制性。在其设计中，DZPM日冕仪使用灰色（或消色差）切趾。我们建议用彩色切趾来代替它，以提高这个日冕系统在大光谱范围内的性能。这个创新的概念，称为彩色切趾相位掩模（CAPM）日冕，定义了一些优化的设计参数，以达到最佳的对比度在系外行星搜索区域。一旦这样做了，我们研究的CAPM coronagrance在不同的错误的存在下，以评估我们的概念的灵敏度的性能。一个2.5 mag的对比度增益估计从所提供的性能CAPM日冕相对于DZPM日冕。理论上，在5 λ 0/D的距离下，在25%的带宽下，用CAPM日冕探测器获得了2.2e-8的强度水平。此外，我们的研究表明，我们的概念是较低的灵敏度比高阶像差的均方根波前误差的给定值。
2011-11-14 astro-ph.IM
Imaging faint brown dwarf companions close to bright stars with a small, well-corrected telescope aperture
我们已经使用了我们的1.6米直径的离轴良好校正的子孔径（WCS）的帕洛玛黑尔望远镜在音乐会上与一个小的内部工作角（IWA）相位掩模日冕成像的一小部分附近的恒星的直接周围。测试案例包括三颗恒星（HD 130948，HD 49197和HR 7672），它们都有已知的棕矮星伴星，距离很小，所有这些都被探测到。我们还提出了一个新的对象接近附近的年轻G0V星HD 171488的初步检测。后续观测需要确定这个天体是否是一个真正的伴星，但它的通量与年轻的棕矮星或低质量M星的通量一致，与主星的距离相同。有趣的是，在小角度下，我们的WCS日冕仪展示了一个有限的可检测对比度，与现有的Lyot日冕仪在更大的望远镜上用当前一代AO系统校正的对比度相当。这表明，修正到极端自适应光学（ExAO）水平的小孔径可以用于对近距离棕矮星和恒星伴星进行初步调查，将后续观测留给更大的望远镜。
2009-03-25 astro-ph.GA astro-ph.IM
Interferometric apodization by homothety -- I. Optimization of the device parameters
本文提出基于位似变换的干涉切趾法，通过优化器件参数使圆形孔径能量集中率达93.6%，并在约1.8λ/D处实现约10⁻⁴对比度，可有效提升星冕仪对系外行星直接观测的性能。
2023-07-02 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
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
High-contrast imager for Complex Aperture Telescopes (HiCAT): 3. first lab results with wavefront control
HiCAT是一个高对比度成像测试平台，旨在为复杂孔径望远镜的波前传感、控制和星光抑制提供完整的解决方案。这些天文台的光瞳几何结构包括主镜分割、中心遮挡和蜘蛛叶片，这使得直接成像可居住世界非常具有挑战性。测试台对准于2014年夏天完成，超过了规格，在18 mm瞳孔上的总波前误差为12 nm rms。用于波前控制的两个可变形反射镜的安装将于2015年冬季完成。在这篇文章中，我们报告了使用经典Lyot日冕仪的第一个试验台结果。我们还提出了HiCAT几何的冠状设计，根据我们最近开发的切趾光瞳Lyot冠状（APLC）与形状的瞳孔型优化。这些新的APLC类型的解决方案使用二维形状的光瞳切趾器，使系统对抖动和低阶像差准不敏感，同时在经典APLC的内部工作角，带通和对比度方面提高了性能。
2019-11-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Estimating low-order aberrations through a Lyot coronagraph with a Zernike wavefront sensor for exoplanet imaging
对系外地球进行成像是一项令人兴奋但具有挑战性的任务，因为这些行星与其主星之间的对比度为10^-10，距离小于100质量。大型分段孔径太空望远镜能够实现观测大量行星所需的灵敏度。结合日冕仪与波前控制，他们提出了一个有前途的途径，以产生一个高对比度的区域，在图像中观察到的恒星。另一个关键方面是望远镜指向，聚焦和望远镜主镜部分的共相位所需的稳定性，以便对岩石行星进行数小时至数天的长时间曝光观测。这些波前误差应该稳定到几十皮米RMS，需要在观测序列期间对这些误差进行永久主动校正。为了校准这些指向误差和其他关键的低阶像差，我们提出了一个波前传感路径的基础上Zernike相衬方法来分析的星光被过滤出的日冕在望远镜焦点。在这项工作中，我们提出了分析检索的传入的低阶像差的星光光束，过滤出的切趾光瞳Lyot Coronaglium，一个领先的coronaglium类型的星光抑制。我们实现这种方法的数值主动控制这些像差，并提出了一个应用程序与我们的第一个实验结果的高对比度成像仪的复杂孔径望远镜（HiCAT）的测试平台，STScI测试平台与未来的大型空间天文台，如LUVOIR和HabEx，两个美国宇航局的旗舰任务概念地球孪生观测。
2020-12-15 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
Correcting for the effects of pupil discontinuities with the ACAD method
目前这一代的地面日冕照相仪器使用可变形反射镜来校正相位误差，并在小角度间隔下提高对比度。为了改进这些技术，目前开发了几种空间和地面仪器，使用两个可变形反射镜来校正相位和幅度误差。然而，随着波前控制技术的改进，更复杂的望远镜光瞳几何形状将很快成为这些下一代日冕仪的限制因素。在这个过程中提出的技术，孔径不连续性的主动校正方法，是利用这一事实，大多数未来的日冕仪将包括两个可变形的镜子，并建议找到形状和致动器的运动，以纠正这些复杂的瞳孔几何形状所引入的效果。我们在这里提出的WFIRST瞳孔上实现的参数分析的结果，我们获得了高对比度的几个变形镜设置（大小，它们之间的分离），coronagraphs（涡电荷2，涡电荷4，APLC）和光谱带宽。然而，由于对比度和分离度并不是最大化仪器科学回报的唯一指标，因此我们在本研究中还包括了这些可变形反射镜形状对仪器吞吐量和指向抖动灵敏度的影响。最后，我们提出了另一个潜在的空间望远镜的分割孔径获得的结果。这一过程的主要结果是，我们现在获得可比的性能比以前设计的WFIRST日冕。来自参数分析的第一结果强烈表明，2个可变形反射镜设置（尺寸和它们之间的距离）对最终仪器的对比度和吞吐量的性能具有重要影响。
2017-10-10 astro-ph.IM
Phase-Occultation Nulling Coronagraphy
通过描述类地行星在宜居带中的特征来寻找生命是天文学的关键科学目标之一。本文提出了一种新的相位掩蔽干涉调零日冕测量方法。PO-NC方法采用干涉仪腔体内部的光束行走和自由形式的光学表面，以在每个干涉仪臂（光路）之间引入径向依赖的板尺度差，其在传输离轴场的同时以高对比度使中心恒星归零。该设计很容易在分段反射镜望远镜架构上实现，利用单个调零干涉仪来实现高吞吐量、小的内工作角（IWA）、六阶或更高的星光抑制和全离轴发现空间，这些功能的组合是其他日冕仪设计通常必须交易的。与以前的NC方法不同，PO-NC方法不需要光瞳剪切;这增加了吞吐量，并使其对轴上共模望远镜误差不太敏感，从而减轻了实现$\leq10^{-10}$对比度水平所需的天文台稳定性。天文台的操作也得到了简化，不再需要多个望远镜辊和剪切机来构建高对比度图像。PO调零器的设计目标类似于用于直接探测宜居带（HZ）地球外信号的其他日冕仪：在$\geq10$ %带通上，在IWA为$\leq3λ/D$时，与在可见光和近红外波段工作的大（$>10$ ~m）分段孔径空间望远镜进行$10^{-10}$量级的对比。这项工作提出了一个介绍的PO调零日冕方法的基础上，其可见调零日冕（VNC）的遗产和关系的径向剪切干涉仪。
2015-04-22 astro-ph.IM
Impact of segmented deformable mirrors on high-contrast testbeds for exoplanet imaging with future large space telescopes: contrast stability assessment on the HiCAT bench
Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire Lagrange（拉格朗日实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；LIRA, Observatoire de Paris（巴黎天文台LIRA）；Thales Alenia Space（泰雷兹阿莱尼亚太空公司）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究段式变形镜在高对比度测试平台上的稳定性及其对冠状仪成像的影响，通过HiCAT台架验证段式镜面的对比稳定性，发现微小偏移会导致对比度下降，强调需优化段式镜面的同相位感测与控制策略。
2026-04-28 astro-ph.IM
The ExoEarth Yield Landscape for Future Direct Imaging Space Telescopes
潜在类地行星的预期产量是设计未来系外行星成像任务的有用指标。最近对直接成像飞行任务的收益研究主要侧重于收益方法和使用飞行任务“玩具”模型的权衡研究。在这里，我们大大提高了这些计算的保真度，采用更现实的系外行星人口统计数据作为输入，改进了目标列表，以及现实的exozodi水平分布。最重要的是，我们定义了标准化的仪器模拟输入，使用这些标准来直接比较现实的仪器设计的性能，包括日冕对比度恒星直径的灵敏度，并采用基于工程的吞吐量和检测器参数。我们应用这些新的高保真产量模型来研究几个关键的设计行业：单片与分段主镜，轴上与离轴副镜，和日冕仪与星光。我们表明，只要段之间的间隙大小是足够小的，有没有收益率与单片离轴望远镜和分段离轴望远镜的日冕仪为基础的任务的差异，假设所需的工程约束所施加的日冕仪可以满足在这两种情况下。我们表明，目前有一个因素的2产额罚款与轴上望远镜相比，离轴望远镜的日冕仪为基础的任务，并注意到，有改进的空间，在轴上望远镜的日冕仪设计。我们还以更高的保真度重现了之前的结果，表明基于日冕仪的任务的产额随着孔径大小的增加而继续增加，而如果不可能加油，基于星影的任务的产额在大孔径下会发生变化。最后，我们提供了绝对产量数字的不确定性，包括所有主要来源的天体物理噪声，以指导未来的任务设计。
2019-04-26 astro-ph.EP 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。
2026-10-15 astro-ph.IM
CATEcor: an Open Science, Shaded-Truss, Externally-Occulted Coronagraph
本文介绍便携式开放科学日冕仪 CATEcor，采用 3D 打印遮光桁架外掩结构，以低成本、可复制设计验证该类日冕仪方案。
2024-05-14 astro-ph.IM
Redundant apodization for direct imaging of exoplanets I: Robustness to primary mirror segmentation-induced errors outside the segment diffraction limit
对类地行星和年轻的类地行星进行直接成像和光谱分析，需要在几十毫弧秒的角距下，对比度达到10^6-10^10。为了实现这一目标，最有希望的方法之一是使用大型分段主镜望远镜和日冕仪。然而，日冕仪对波前误差高度敏感。分割本身负责相位误差和要以亚纳米精度控制的段振动。我们提出了一种创新的方法，coronagestion设计，允许随之而来的放松低段数镜的段定相约束，并产生一个仪器，是更强大的段级波前误差。它是基于一个优化的冠状动脉，包括段级变迹。这在光瞳上重复以匹配分割冗余，并提高对比度稳定性，超过由单段衍射极限设置的最小间隔。我们验证了这种方法上的一个GMT的瞳孔两种coronagraphs类型：变迹瞳孔Lyot coronagraphs（APLC）和变迹相位板coronagraphs（APP）。对于APLC，冗余变迹使得能够与经典设计相比将活塞定相约束释放5到20倍。对于APP，对比度几乎保持恒定，直到相位误差的1弧度RMS。我们还表明，冗余的切趾增加的稳健性的coronagraphy段倾斜倾斜的错误，以及丢失的部分。这种方法不能应用于ELT或TMT等高段数反射镜，但特别适用于GMT孔径等低段数反射镜（少于20段）。这些反射镜的目标是对碎片盘或100质量以下的系外行星进行高对比度成像。
2022-02-24 astro-ph.IM
High-contrast imager for Complex Aperture Telescopes (HiCAT): 2. Design overview and first light results
我们提出了一个新的高对比度成像测试平台，旨在提供完整的解决方案，波前传感，控制和星光抑制与复杂的孔径望远镜。该试验台的设计是为了能够对这种望远镜几何形状的影响进行广泛的研究，包括主镜分割，中心障碍和蜘蛛。点扩散函数中的相关衍射特征使得高对比度成像更具挑战性。特别是，该试验台将与AFTA和ATLAST孔径形状兼容，分别为轴上单片和轴上分段望远镜。测试台光学设计是使用一种新颖的方法来定义布局和表面误差要求，以最大限度地减少目标对比度水平性能下的振幅引起的误差。在本文中，我们将每个光学器件的竣工表面误差与基于测试台端到端菲涅尔建模的规格进行比较。我们还报告了测试平台的光学和光学机械对准性能，日冕的设计和制造，以及初步的第一光的结果。
2014-07-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
High contrast at small separation -- II. Impact on the dark hole of a realistic optical set-up with two deformable mirrors
未来的大型空间或地面望远镜将提供分辨率和灵敏度，以探测附近恒星的大样本宜居带，进行地球外成像。为此，这些设施预计将配备高对比度仪器，以有效抑制来自观测恒星的光线，从而对这些近距离伴星进行成像。这些天文台将包括诸如分段主镜、次镜和支柱等功能，导致恒星图像上的衍射效应，这将限制仪器的对比度。为了克服这些限制，一个有前途的方法包括在结合日冕和波前整形，以减少星光在小的分离，并产生一个黑暗的区域内的图像，以增强系外行星的信号。我们的目标是研究这种组合在观测短轨道行星时的局限性。我们的分析集中在速度，尼斯测试台与coronagraphy，波前整形与变形镜（DM），和复杂的望远镜孔径形状，以确定主要的现实参数，限制对比度在小的分离。我们开发了一个端到端的模拟器，这个工作台与菲涅尔传播效应，研究大相位和振幅误差的影响，从测试台的光学元件和缺陷的波前整形系统上的最终图像对比度。我们的数值计算表明，DM有限冲程和非功能性致动器，日冕制造误差，近焦平面相位误差代表了高对比度成像的系外行星在小间距的主要限制。我们还表明，一个仔细定义的光学设置打开的路径，以高对比度在小的分离。
2020-10-09 astro-ph.IM
