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
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
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
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
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
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
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
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
Implementing focal-plane phase masks optimized for real telescope apertures with SLM-based digital adaptive coronagraphy
对系外行星或拱星盘物质的直接成像需要在10-6到10-12水平的极端对比度，与恒星的角距< 100质量。焦平面掩模日冕照相成像在这一领域发挥了关键作用，利用了地面8+m级望远镜上自适应光学的进展。然而，大型望远镜的入射光瞳通常由复杂的，有时是分段的，非理想的孔径组成，其中包括用于次镜及其支撑结构的中心障碍物。在实践中，这在可实现的对比度和内部工作角方面对波前质量和日冕照相性能产生负面影响。最近的理论工作结构黑暗表明，解决方案FPM相位分布，优化非理想孔径，可以数值推导。在这里，我们提出并讨论了这个概念的第一个实验验证，使用反射式液晶空间光调制器作为自适应FPM日冕仪。
2017-07-11 astro-ph.IM physics.optics
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
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
High-contrast imager for complex aperture telescopes (HiCAT): 8. Dark zone demonstration with simultaneous closed-loop low-order wavefront sensing and control
本文在HiCAT测试平台上演示了分段孔径日冕仪的高对比度成像，通过低阶波前传感与控制同步闭环，在静态和动态条件下达到并维持暗区对比度，并分析了限制因素。
2024-09-19 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
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
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
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
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
Design of PIAA coronagraphs over square apertures
本文的目的是提出一个理论研究的结果有关的PIAA单位使用变形镜的可行性。我们首先回顾了驱动PIAA的设计方程的一般推导。然后，我们将展示如何解决这些方程的方孔，并显示在射线光学制度的纯PIAA系统的性能。我们把这些设计方程的边缘衍射效应的研究，并提供了一个通用的表达后，通过PIAA日冕充分传播的领域。第三，我们说明了如何前和后切趾器的组合产量的对比度为10^10，即使在衍射效应的存在下，配置既没有波前误差或波前控制。最后，我们提出了新的PIAA配置方孔绕过PIAA光学制造的限制，诱导切趾与两个正方形变形镜（DM）。这样的解决方案依赖于比当前设想的静态PIAA解决方案更小的瞳孔尺寸，并且因此需要积极的变迹前和变迹后屏幕，以便减轻两个反射镜之间的衍射效应。因此，它们与性能（特别是吞吐量）的显著损失相关联。
2011-11-22 astro-ph.IM physics.optics
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
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
Predicting contrast sensitivity to segmented aperture misalignment modes for the HiCAT testbed
本文介绍了基于对的分析模型从空间分割望远镜成像（PASTIS）的分段日冕照相公差模型的经验验证的设置。我们展示了复杂孔径望远镜（HiCAT）测试平台的高对比度成像仪的硬件配置，这些实验将在$10^{-6}$和$10^{-8}$之间的中间对比度制度进行。我们描述了一个经典的Lyot coronagentum的测试平台的光学性能，并描述了最近的硬件升级到分段模式，使用IrisAO分段变形镜。HiCAT的顶级控制基础设施使用相同的代码库在真实测试台上运行，或调用光学模拟器，因此在HiCAT上实施实验变得非常容易。本文中提出的实验在HiCAT测试平台仿真器上运行，这使得它们可以在实际硬件上执行。我们展示了三个实验的结果与仿真器的结果，目的是在接下来的硬件上演示PASTIS。我们测量的测试平台PASTIS矩阵，并验证PASTIS分析传播模型，通过比较其对比预测模拟器的结果。我们对光学本征模（PASTIS模）和独立段进行了容差分析，然后在相应的实验中验证了这些结果。这项工作准备和实验验证的分析段为基础的公差模型的分段孔径冠状与特定的应用程序的HiCAT试验台。
2020-12-14 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
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
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
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
High-contrast Imager for Complex Aperture Telescopes (HiCAT): 6. Software Control Infrastructure and Calibration
使用日冕照相术的高对比度成像是能够在太阳系外地球类似物上寻找生命的主要途径之一。HiCAT测试平台旨在展示未来大型紫外光学红外任务（LUVOIR）设想的分段轴上空间望远镜的日冕和波前控制。我们的软件基础设施可实现高对比度成像实验的全天候自动化操作，同时监控安全操作参数，以及针对不安全条件或意外错误的正常关闭过程。该基础设施还包括一个校准套件，可以每晚运行，以捕获回归并跟踪光学性能随时间的变化，以及一个测试台模拟器，以支持软件开发和测试，以及高对比度算法所需的光学建模。本文提出了一种试验台控制软件的设计和实现，以利用持续集成，无论试验台是否可用。
2019-03-07 astro-ph.IM
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
Pushing the Limits of the Coronagraphic Occulters on HST/STIS
哈勃太空望远镜（HST）/太空望远镜成像光谱仪（STIS）包含目前唯一在太空中运行的日冕仪，它不是在太阳上训练的。在极端-自适应光学-馈日冕仪的时代，并与未来的空间为基础的日冕仪的可能性，我们重新评估的对比度性能的STIS CCD相机。50 CORON光圈由一系列的掩光楔和棒组成，包括最近委托的BAR 5掩光器。讨论了利用STIS获得星周盘和暗点源高对比度成像的最新方法。首次，我们开发了一个噪声模型的日冕，包括系统噪声由于斑点，它可以用来预测未来的日冕观测的性能。此外，我们目前的结果，从最近的校准程序，证明优于$10^{-6}$点源对比度在0.6”，范围为$3\times10^{-5}$点源对比度在0.25”。这些结果是通过亚像素网格抖动，多个航天器的方向，和后处理技术的组合。其中一些相同的技术将用于未来的天基日冕测量任务。我们讨论了独特的方面，STIS日冕相对于地面自适应光学-美联储日冕仪。
2019-05-16 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
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
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
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
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
A Coronagraph with a Sub-$λ/D$ IWA and a Moderate Spectral Bandwidth
未来的高对比度成像光谱学与一个大的分段望远镜将能够检测大气分子的类地行星周围的G或K型主序星。增加目标行星的数量将需要一个具有小内工作角（IWA）的日冕，如果我们增强各种可检测的大气分子，则需要宽光谱带宽。为了满足这些要求，在本文中，我们提出了一个日冕系统，提供了一个IWA小于1 $λ_0 / D$在一个中等波长带，其中$λ_0$是设计中心波长和$D$表示的矩形孔径的全宽包括在望远镜孔径。性能仿真表明，在650--750 nm波长范围内，该系统在1 $λ_0 / D$时，对比度接近于低于$10^{-10}$。此外，该系统在$\sim$ 0.7- 1.4 $λ_0 / D$的输入分离角下具有10%的核心吞吐量$\geq$;为了减少望远镜时间，我们需要通过其他观测方法获得关于目标轨道的先验信息，其精度高于视场宽度。对于包括倾斜像差的某些类型的像差，所提出的系统具有比曾经提出的具有大约$1λ_0/D$的IWA的日冕仪小的灵敏度。在未来的类地行星观测中，建议的日冕系统可能会作为一个辅助日冕系统，致力于实现一个非常小的IWA。
2022-04-07 astro-ph.EP 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
Experimental validation of active control of low-order aberrations with a Zernike sensor through a Lyot coronagraph
未来的大型分段式太空望远镜及其日冕仪有望提供足够的分辨率和灵敏度，以观测距离主星小于100质量的10^10对比度的类地行星。先进的日冕仪和波前控制方法将使高对比度黑洞的观测恒星的图像中产生。然而，系统的光路中的漂移将导致指向误差和其他关键的低阶像差，这将阻止该对比度的维持。为了测量和纠正这些错误，我们探讨了使用Zernike波前传感器（ZWFS）的星光拒绝和过滤的焦平面掩模的Lyot型日冕。在我们以前的工作中，ZWFS的分析相位重建形式主义被改编为过滤光束。我们现在探索的策略，积极补偿这些漂移在一个分段的瞳孔设置的高对比度成像仪的复杂孔径望远镜（HiCAT）。这一贡献提出了实验室的结果，从闭环补偿的工作台内部湍流以及已知的引入像差使用相位共轭和相互作用矩阵的方法。我们还研究了在像面黑洞中使用基于ZWFS的闭环时的对比度恢复。
2021-09-03 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
Optimizing the subwavelength grating of L-band Annular Groove Phase Masks for high coronagraphic performance
上下文环形槽相位掩模（AGPM）是矢量涡旋日冕的一种可能的实现方式，其中螺旋相位斜坡由同心亚波长光栅产生。几年来，我们一直在制造AAPM通过蚀刻光栅到合成金刚石基板使用电感耦合等离子体蚀刻。目的。我们的目标是设计，制造，优化和评估新的L波段AAPM，达到最高的日冕性能，在当前和未来的红外高对比度成像仪的应用。方法.采用严格耦合波分析法（RCWA）设计了相位掩模亚波长光栅。在专用光学测试台上进行日冕性能评估。性能评估的实验结果，然后使用精确地确定实际的轮廓制造的光栅，基于RCWA建模。结果AGPM的电晕照相性能对蚀刻深度和光栅轮廓中的小误差非常敏感。因此，大多数制造的组件在星光抑制方面表现出中等的性能（在最好的情况下为100：1）。在这里，我们提出了新的工艺重新蚀刻的制造组件，以优化光栅的参数，从而显着提高其coronagraphic性能。星光抑制高达1000：1被证明在一个宽带L过滤器的日冕测试台，这对应于一个原始的对比度约为1e-5在两个分辨率元素从一个完美的输入波阵面的恒星在一个圆形的，无障碍的光圈。结论.凭借其精湛的性能，我们最新的L波段AAPM是安装在最先进和未来高对比度热红外成像仪（如E-ELT的METIS）中的理想选择。
2016-10-17 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
Quantum-optimal coronagraphy with spatial mode sorting for direct exoplanet observations
Sterrewacht Leiden（莱顿天文台）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；NASA Ames Research Center（NASA艾姆斯研究中心）
研究如何计算现实观测场景下最优消零模式，利用量子信息理论工具数值计算，给出测量已知信号行星的最优模式及多行星位置权衡，还给出三种科学案例的日冕仪设计。
2026-07-02 astro-ph.EP 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
Controlling petals using fringes: discontinuous wavefront sensing through sparse aperture interferometry at Subaru/SCExAO
由望远镜孔径不连续引起的低风速和花瓣效应，即使能得到校正，也很难被常用的主力波前传感器（WFS）校正。波前瓣化破坏了点扩散函数核心的相干性，将其分裂成几个旁瓣，极大地切断了科学吞吐量。我们展示了重新利用非冗余稀疏孔径掩模（SAM）干涉仪到低阶WFSs补充高阶金字塔WFS，在斯巴鲁望远镜的SCExAO实验平台。由7孔掩模形成的SAM远场干涉图用于直接检索花瓣像差，这是几乎不可见的主AO回路。我们实现了一个可见光双波段SAM模式，使用两个不相交的25 nm宽的通道，我们重组，以克服一个λ模糊的条纹跟踪技术。这使得能够以足够的捕获范围控制花瓣，而不会与近红外中的日冕模式冲突。我们目前的天空工程结果表明，该设计能够测量花瓣远远超出了单波长等效设计的范围。
2022-09-07 astro-ph.IM
High-contrast aperture masking interferometry: detecting companions within the diffraction limit
University of California - Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究结合高对比度日冕仪与非冗余掩蔽（NRM）干涉测量，旨在突破传统成像的角分离限制，提升衍射极限内高对比度目标的探测性能并明确相关波前稳定性要求。
2026-08-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
The MICADO first light imager for the ELT: Testing the Lyot coronograph prototypes
本文介绍 ELT 首光成像仪 MICADO 的高对比度成像模式设计，并报告其 Lyot 日冕仪原型的研制与测试进展。
2024-11-20 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
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
CATKit2-HCI: a collaborative framework for advancing high-contrast coronagraph testbeds
Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸大学、蔚蓝海岸天文台、法国国家科学研究中心、拉格朗日实验室）；LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（拉依尔实验室、巴黎天文台、巴黎文理研究大学、索邦大学、巴黎西岱大学、塞吉-蓬图瓦兹大学、法国国家科学研究中心）；NOVA/Leiden University（荷兰皇家天文台/莱顿大学）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Aix Marseille Université, CNRS, CNES, LAM（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、法国国家空间研究中心、普朗克天体物理实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz（加利福尼亚大学圣克鲁兹分校天文学与天体物理学系）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）
CATKit2-HCI项目旨在填补高对比度系外行星成像试验台软件独立开发的空白，基于CATKit2构建共享软件框架，涵盖美欧多个试验台，可减少重复开发、提高代码质量、便于结果比较及人员交流，加速日冕仪技术发展。
2026-07-23 astro-ph.IM
Wavefront error tolerancing for direct imaging of exo-Earths with a large segmented telescope in space
对地外行星直接成像和寻找生命是未来空间观测站最令人兴奋和最具挑战性的目标之一。空间中的分段孔径将需要达到所需的大直径，超出当前或计划中的运载火箭的能力。这些孔径为高对比度冠状照相术提出了额外的挑战，不仅在静态定相方面，而且在其稳定性方面。基于对的太空分段望远镜成像分析模型（PASTIS）是为了模拟分段级光学像差对最终图像对比度的影响而开发的。在本文中，我们扩展了原来的PASTIS传播模型，从一个纯粹的分析半解析方法，在其中，我们取代使用的解析图像与数值模拟图像。该模型的反演产生一组正交模式，可用于确定段级波前公差。我们目前的结果的情况下，段级活塞误差应用于基线日冕设计的LUVOIR A，最小和最大波前误差约束之间的56 pm和290 pm每段。该分析很容易推广到其他段级像差模式，也可以扩展到建立这些任务的稳定性公差。
2019-09-20 astro-ph.IM
The Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph for the James Webb Space Telescope -- IV. Aperture Masking Interferometry
詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外成像仪和无狭缝摄谱仪（JWST-NIRISS）携带着一个7孔非冗余掩模（NRM），这是太空中第一个这样的干涉仪，工作在3 - 5个\micron~波长，亮限为W2的$\simeq 4$星等。我们描述了NIRISS孔径掩模干涉（AMI）模式，以帮助潜在的观察者了解其基本原理，提出了一些科学案例，解释其操作的观测策略，指出如何AMI建议可以开发数据模拟，以及如何AMI数据可以分析。我们还介绍了AMI调试的主要结果。由于相关的核相位成像（KPI）技术受益于AMI操作策略，我们还介绍了NIRISS KPI方法和分析技术，包括一个新的用户友好的KPI管道。NIRISS KPI亮限为$\simeq 8$ W2量级。AMI（和KPI）实现了$\sim 70$质量的内工作角，该内工作角在$\sim 400$质量的NIRCam内工作角内，用于其在可比波长处的圆形掩模日冕仪。
2022-11-07 astro-ph.IM
Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST): Characterizing Habitable Worlds
先进技术大孔径太空望远镜（ATLAST）是下一代紫外-光学-近红外太空望远镜的一套任务概念，孔径尺寸为8至16米。ATLAST使用内部日冕仪或外部掩星仪，可以表征地球大小的系外行星的大气和表面，这些系外行星位于长寿命恒星的宜居带中，距离约为45 pc，包括其旋转速率，气候和可居住性。ATLAST还将使我们能够收集有关主要地表特征的性质、云量和气候变化以及地表植被季节性变化的信息。ATLAST将能够在5年内访问多达200颗恒星，每颗至少三次，这取决于星光抑制技术和望远镜孔径。可以对感兴趣的系统进行更频繁的访问。
2009-11-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
