Estimation of polarization aberrations and their effect on the coronagraphic performance for future space telescopes
本文模拟了6.5 m TMA望远镜的偏振像差，并使用hcipy框架评估了八种镜面镀膜方案对日冕仪性能的影响，发现裸/氧化铝和Al+18nm LiF镀膜性能最佳。
2023-09-08 astro-ph.IM
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
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
An analytic expression for coronagraphic imaging through turbulence. Application to on-sky coronagraphic phase diversity
日冕照相高对比度系外行星成像系统（如SPHERE或GPI）的最终性能受到准静态像差的限制。这些像差产生的斑点可能会被误认为是图像中的行星。为了设计仪器、校正准静态像差或分析数据，在有残余湍流存在时日冕仪的点扩散函数的表达式是非常有用的。在这里，我们推导出这个点扩散函数的解析表达式，这是一个扩展到日冕成像的Roddier的表达式通过湍流成像。我们给出了它的结构的物理解释，我们通过数值模拟验证它，我们表明，它是计算效率。最后，我们将此成像模型的日冕相位多样性方法（COFFEE），并通过模拟验证，它允许波前重建存在的残余湍流。初步的结果，这给一个亚纳米级的精度的情况下，类球体系统，强烈建议，准静态像差可以通过这种方法在观测过程中进行校准。
2017-01-30 astro-ph.IM physics.optics
Coronagraphic phase diversity through residual turbulence: performance study and experimental validation
日冕照相系统中的准静态像差是地基和天基系外行星成像仪能力的最终限制。这些像差-可能是由于各种原因，如光学对准或在观察过程中移动光学部件-在焦平面上产生称为散斑的光残留，可能会被误认为是行星。对于地面仪器，由于部分自适应光学校正而产生的残余湍流波前误差的存在给在日冕物质存在下测量像差的挑战带来了额外的困难。在本文中，我们提出了一个扩展的COFFEE，日冕相位多样性，准静态像差的估计存在自适应光学校正的残留湍流。我们进行逼真的数值模拟，以评估性能，可以预期的仪器上的当前一代。我们在实验室进行了第一次实验验证，这表明，准静态像差可以在观测期间通过日冕相位多样性进行校正。
2019-07-16 astro-ph.IM physics.optics
On-sky compensation of non-common path aberrations with the ZELDA wavefront sensor in VLT/SPHERE
星周环境现在通常由大型地面观测站上的专用高对比度成像仪观测。这些设施结合了极端的自适应光学和日冕照相术，以实现前所未有的灵敏度，用于系外行星探测和光谱表征。然而，在这些日冕系统中的非共路像差（NCPA）代表了一个关键的限制，用于检测与主恒星的距离非常小（$<$ 0.3 $^{\prime\prime}$）的对比度低于几个$10^{-6}$的巨行星。在2013年，我们提出了ZELDA，一个Zernike波前传感器来测量这些残留的准静态相位像差，并在SPHERE（VLT的系外行星成像仪）中安装了一个原型。在2016年，我们证明了我们的传感器能够为仪器中的内部源上的这些像差提供纳米校准和补偿，从而在冠状图像中在0.2 $^{\prime\prime}$处实现10的对比度增益。然而，2017年的初始天空测试在内部校准NCPA然后在天空上应用校正时并没有显示出明显的增益。在这篇文章中，我们提出了最近的天空测量，以证明我们的传感器在观测期间用于NCPA补偿的潜力，并量化日冕数据中的对比度增益。
2018-06-27 astro-ph.IM
Lyot-based Low Order Wavefront Sensor: Implementation on the Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics System and its Laboratory Performance
高通量、低内工作角（IWA）相位掩模日冕仪对于直接成像和表征（通过光谱学）类地行星至关重要。然而，低IWA日冕仪的性能受到残余指向误差和其他低阶模式的限制。校正和校准日冕仪上游波前像差的程度驱动日冕仪性能。解决这一问题对于防止日冕泄漏至关重要，因此我们开发了一种基于Lyot的低阶波前传感器（LLOWFS）来控制日冕中的波前像差。LLOWFS使用下游光瞳平面中的反射Lyot光阑来监测被日冕掩模拒绝的星光。LLOWFS的早期实施在LESIA，巴黎天文台证明了一个开环测量精度为0.01 λ/D的638 nm的倾斜时，与四象限相位掩模（MAPM）在实验室中使用。为了进一步证明我们的概念，我们在斯巴鲁望远镜的斯巴鲁日冕仪极端AO（SCExAO）系统上安装了反射Lyot光阑，并修改了系统以支持小型IWA相位掩模日冕仪（< 1 λ/D）在天空中，例如，八分相位掩模，八分相位掩模，矢量涡旋日冕仪和相位诱导振幅切趾复相位掩模日冕仪，其目标是获得毫弧，二是精准度。实验室测量结果表明，矢量涡旋日冕仪在1.55 μ m处具有倾转、倾斜、聚焦、斜向和右向像散。我们最初的天空结果表明，在1.6微米的倾斜，倾斜和焦点像差与矢量涡日冕的闭环精度< 7 × 10-3 λ/D。
2014-06-17 astro-ph.IM
A virtual coronagraphic test bench for SHARK-NIR, the second-generation high contrast imager for the Large Binocular Telescope
在这篇文章中，我们提出了一个模拟器设想的概念研究的一个AO馈高对比度日冕照相成像仪。模拟器实现物理光学：复杂的扰动（电场）通过任何用户定义的光学训练以端到端的方式进行菲涅尔传播。大气残余像差的影响及其随时间的演化可以通过在输入中引入相位屏的时间序列来再现：然后通过共同添加瞬时PSF来生成合成图像。这使得可以高精度地研究AO校正对不同积分时间和观察条件下图像质量的影响。此外，通过方便地详细描述光学模型，用户可以轻松地实现任何冠状设置，并在任何位置引入光学像差。此外，生成多个图像可以允许在应用差分后处理算法（例如，角度差分成像）之后探索检测极限。该模拟器是在SHARK-NIR的设计框架内开发的，SHARK-NIR是为大型双目望远镜选择的第二代高对比度成像仪。
2018-08-02 astro-ph.IM
Sequential coronagraphic low-order wavefront control
针对日冕仪低阶像差导致性能快速下降的问题，本文扩展 Fast and Furious 顺序相位差思路，提出适用于偶对称日冕仪的 2 Fast 2 Furious 和基于深度学习、兼容复杂系统的 Tokyo Drift，并通过理论、仿真与实验验证。
2023-12-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Phase-Induced Amplitude Apodization on centrally obscured pupils: design and first laboratory demonstration for the Subaru Telescope pupil
高对比度日冕成像对于具有中心障碍物和厚蜘蛛叶片的望远镜来说是具有挑战性的，例如斯巴鲁望远镜。在本文中，我们提出了第一个实验室演示的高效率PIAA型coronagastrophic在这样的瞳孔，使用coronagraphic光学，这将是斯巴鲁Coronagraphic极端AO（SCExAO）系统的一部分，目前正在组装。无损光瞳变迹由一组非球面PIAA透镜执行，该非球面PIAA透镜专门设计用于去除光瞳的中心障碍物，并与蜘蛛去除板（SRP）相结合，该蜘蛛去除板（SRP）通过利用倾斜的平面平行板平移光瞳的四个部分来去除蜘蛛叶片。一个“逆PIAA”系统，位于日冕焦平面掩模后，用于消除离轴像差，并提供一个宽视场。我们的研究结果验证了SCExAO系统采用的概念，并表明斯巴鲁望远镜的光瞳可以适当地变迹为高对比度的日冕成像接近$\approx$ 1 $λ/D$的灵敏度没有损失。我们还验证了系统中的离轴像差与理论相一致，并且逆PIAA系统恢复了广泛的可用于系外行星探测和盘成像的视场。
2009-09-17 astro-ph.IM
High contrast imaging wavefront sensor referencing from coronagraphic images
高对比度成像（HCI）的一个关键挑战是区分散斑和系外行星信号。散斑的来源是大气残差和非共路像差的组合，非共路像差（NCPA）由于不能直接测量，且包含静态、准静态和动态分量，补偿起来特别困难。所提出的方法直接解决了补偿NCPA的挑战。算法DrWHO -直接增强波前启发式优化-是静态和动态NCPA的准实时补偿，用于提高图像对比度。它是一种基于图像的幸运成像方法，旨在寻找并不断更新波前传感器（WFS）的理想参考，包括NCPA，并更新WFS的新参考。这样做会更改AO循环的会聚点。我们在这里展示了DrWHO冠状造影后应用的第一批结果。DrWHO不依赖于任何模型，也不需要精确的波前传感器校准，适用于非线性波前传感情况。我们提出了在天空中使用金字塔WFS传感器与斯巴鲁日冕极端AO（SCExAO）仪器的性能。
2021-10-28 astro-ph.IM
Coronagraphic Data Post-processing Using Projections on Instrumental Modes
本研究提出一种基于仪器模型投影的星冕仪数据后处理方法，通过推导传递矩阵去除主要误差模式提取稳健可观测量，显著提升了系外行星探测灵敏度且无需额外观测信息。
2024-01-08 astro-ph.IM
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. IV. Temporal stability of non-common path aberrations in VLT/SPHERE
使用大型望远镜上的地面仪器对系外行星进行日冕成像，本质上受到未校正像差引起的斑点的限制。这些像差源于极端自适应光学系统对大气的不完美校正;源于静态光学缺陷;或源于由于温度、压力或重力矢量的变化而引起的小的光机械变化。高对比度成像器的性能最终受到其时间稳定性的限制，而不仅仅是散斑本身，因为大多数后处理技术依赖于在不同时间点获取的图像的差异。因此，确定像差的起源和所涉及的时间尺度对于理解专用高对比度仪器的基本限制至关重要。我们以前证明了使用泽尼克波前传感器称为ZELDA感测非共路像差（NCPA）在VLT/SPHERE。我们现在使用ZELDA来研究仪器像差的稳定性，使用5个长序列的测量，在高节奏的内部源上获得。我们的研究揭示了两个制度的NCPA的去相关。第一个，具有几秒的特征时间尺度和几纳米的振幅，是由外壳内的快速内部湍流引起的。第二种是几个$10^{-3}$ nm rms/s量级的缓慢准线性去相关，其作用于从分钟到小时的时间尺度。我们使用coronagraphic图像重建证明，这两个NCPA的贡献有一个可衡量的影响差异的图像，和快速的内部湍流是一个主导的长期缓慢的线性去相关。我们还使用专用序列，其中反旋器和大气色散补偿器模拟真实观测，以证明围绕子午线对称进行观测的重要性。
2022-02-21 astro-ph.IM
Speckle temporal stability in XAO coronagraphic images II. Refine model for quasi-static speckle temporal evolution for VLT/SPHERE
观察序列表明，在高对比度成像中的主要噪声源限制是由于准静态散斑的存在。准静态散斑演化的时间尺度由各种因素确定，其中包括机械或热变形。了解这些随时间变化的仪器散斑，特别是它们与其他畸变的相互作用，称为钉扎效应，对于寻找暗淡的恒星同伴至关重要。准静态散斑的时间演变例如对于在使用角微分成像（ADI）时预期的增益的量化以及确定必须执行散斑置零技术的间隔是需要的。在ESO总部的高阶测试台（HOT）在实验室条件下获得的自适应校正的日冕图像的时间序列的早期分析之后，我们在欧洲的最后测试阶段用SPHERE仪器进行了新的测量，证实了我们的结果。通过对直接和差分日冕照相图像中的残余散斑图的分析，可以表征准静态散斑的时间稳定性。数据是在热主动控制的环境中获得的，再现了望远镜遇到的现实条件。准静态波前误差的时间演变呈现线性幂律，其可用于在即将到来的高对比度成像仪器的背景下模拟准静态散斑演变，并对仪器（设计、观测策略、数据减少）具有影响。这样的模型可以用于例如导出非公共路径像差必须被感测和校正的时间尺度。我们在数据中发现，准静态波前误差以每分钟约0.7埃的速度增加。
2013-02-28 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
Experimental validation of joint phase and amplitude wave-front sensing with coronagraphic phase diversity for high-contrast imaging
上下文专门用于直接探测系外行星的下一代星载仪器需要前所未有的波前控制精度。用于这些仪器的日冕波阵面传感技术必须使用科学相机作为波阵面传感器来测量光学像差的相位和振幅。目的。本文将日冕相位分集推广到复电场的估计，即相位和幅度的联合估计。方法.我们介绍了复杂的日冕相位多样性的形式主义。我们已经在巴黎天文台的Très Haute Dynamique试验台上通过实验证明，使用日冕相位多样性可以重建具有亚纳米精度的相位和振幅像差。最后，我们进行了第一次比较的复杂波前估计使用coronagraphic相位多样性（依赖于时间调制的散斑图案）和重建的自相干相机（依赖于空间调制的散斑图案）。结果我们证明，日冕相位多样性检索复杂的波前与亚纳米精度与使用自相干相机进行的重建有很好的一致性。结论.这一结果铺平了道路，日冕相位多样性作为日冕波前传感器的候选人非常高的对比度空间任务。
2018-07-18 astro-ph.IM eess.IV physics.optics
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
Experimental study of a low-order wavefront sensor for a high-contrast coronagraphic imager at 1.2 lambda/D
高对比度成像将是未来ELT的一个挑战，因为它们的振动会产生低阶像差-主要是倾斜/倾斜-这会降低1.2 lambda/D及以上的日冕照相性能。低阶波前传感器（LOWFS）是测量和控制这些像差的关键。NASA艾姆斯研究中心目前正在开发一个模拟星光抑制系统的实验，其中包括一个以500 Hz实时控制倾斜/倾斜模式的LOWFS。LOWFS使我们能够将倾斜/倾斜干扰降低到1 e-3 lambda/D rms，将之前的对比度提高十倍，在1.2和2 lambda/D之间达到8 e-7。线性二次高斯（LQG）控制器目前实施，以改善甚至更多的结果，通过减少残余振动。该试验台是为EXCEDE（系外行星星周环境和磁盘探测器）任务开发的，该任务是美国航天局为技术开发选定的，旨在研究系外行星系统的形成、演变和结构，并将星周环境描述为恒星宜居带。它由一个0.7米的望远镜组成，配备了一个相位诱导振幅切趾日冕仪（PIAA-C）和一个2000单元的MEMS变形镜，能够在1.2 λ/D时达到1 e-6的原始对比度，在2 λ/D以上达到1 e-7。虽然该测试台模拟了太空条件，但其LOWFS的设计与斯巴鲁望远镜的SCExAO仪器相同，后者也存在同样的问题。实验结果表明，低阶扰动的良好知识是高对比度成像的关键资产，无论是实时控制还是后处理，在空间和地面望远镜。
2013-10-18 astro-ph.IM
A Deep Reinforcement Learning Approach to Wavefront Control for Exoplanet Imaging
本文提出一种基于无模型深度强化学习的波前控制方法，通过智能体直接从相位差异图像学习控制策略，有效校正像差并在后日冕仪图像中创建暗孔，提升了系外行星成像性能。
2024-07-26 astro-ph.IM
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. III. On-sky validation in VLT/SPHERE
使用极端自适应光学和日冕照相术的第二代系外行星成像仪显示了它们在研究近距离星周环境、探测新的伴星和帮助了解它们的物理特性方面的巨大潜力。然而，在非常小的角分离，他们的性能在对比度是有限的几个因素：复杂的望远镜光瞳衍射不完全取消日冕，残留的动态波前误差，色波前误差，和波前误差所造成的非共路像差（NCPA）。在以前的工作中，我们演示了使用泽尔尼克波前传感器称为ZELDA感测NCPA在VLT/SPHERE和他们的补偿。在目前的工作中，我们将进入下一个步骤，使用ZELDA进行NCPA补偿的天空验证。我们开始通过再现以前的结果的内部源，并表明，1和15个周期/瞳孔之间集成的像差的量减少了5倍，这转化为原始对比度的增益在2和3之间低于300 mas。在天空中，我们证明了NCPA补偿工作在闭环中，导致像差量的衰减约为2倍。然而，我们确定了传感器的灵敏度损失，这只能部分解释为内部和天空测量之间的Strehl比的差异。在ExAO校正区域，天空上的日冕成像在原始对比度上最多提高2.5倍。我们使用coronagraphic图像重建的仪器的详细模型的基础上，以证明内部和对天空的原始对比度可以精确地解释，我们建立NCPA补偿后的观察到的性能不再受到限制的不适当的补偿像差，但由当前的变迹光瞳Lyot coronagraphic设计。[删节]
2019-07-25 astro-ph.IM
Coronagraphic Low Order Wave Front Sensor : post-processing sensitivity enhancer for high performance coronagraphs
通过直接成像检测和表征系外行星需要设计成在小角度分离时提供高对比度的日冕仪。为了实现这一点，精确控制低阶像差，如指向和聚焦误差，对于优化日冕抑制和避免科学图像中系外行星光和日冕泄漏之间可能的混淆至关重要。模拟和实验室原型已经表明，使用反射焦平面环的单个散焦图像的日冕低阶波前传感器（CLOWFS）可以用于将倾斜控制到10^{-3} lambda/D的精度。本文表明，CLOWFS获得的数据也可以用于后处理，以校准剩余的日冕泄漏的科学图像。同时使用CLOWFS相机和科学相机的系统中，我们量化的方法的准确性和它的能力，成功地消除光由于低阶误差从科学图像。我们还报告了CLOWFS在斯巴鲁Coronagrapic Extreme AO（SCExAO）系统上的实施和性能及其预期的天空性能。在实验室中，在类似于后自适应光学光束中遇到的干扰水平的情况下，CLOWFS后处理已经实现了散斑校准到原始散斑水平的1/300。这比使用不依赖于CLOWFS的理想化PSF减法所能完成的要好大约40倍。
2011-12-13 astro-ph.IM
Simulations of a High-Contrast Single-Mode Fiber Coronagraphic Multi-Object Spectrograph for Future Space Telescopes
直接成像和表征类地系外行星是一项非常困难的仪器挑战。目前的日冕照相系统尚未在实验室环境中实现所需的$10^{-10}$宽带对比度，但朝着这一目标的有希望的进展仍在继续。一种新的星光抑制方法是在日冕仪后面使用单模光纤。通过使用可变形反射镜在入射星光和光纤模式之间产生失配，单模光纤可以变成星光抑制系统的组成部分。在本文中，我们提出了一个系统的模拟结果与五个单模光纤耦合到成形的光瞳和涡旋日冕仪。我们调查的系统的属性，包括它的光谱带宽，吞吐量，和低阶像差的灵敏度。我们还比较了单模光纤配置与传统成像和多对象模式的性能，发现改善的光谱带宽，原始对比度，背景限制的SNR，并演示了波前控制算法，这是强大的倾斜/倾斜误差。
2019-07-09 astro-ph.IM
Speckle lifetime in XAO coronagraphic images: temporal evolution of SPHERE coronagraphic images
高对比度成像中噪声的主要来源是不随时间平均的缓慢演变的散斑的存在。因此，点扩散函数（PSF）的时间稳定性对于用极端自适应光学（xAO）仪器达到高对比度至关重要。了解PSF的演变时间尺度和驱动散斑变异的关键参数是什么，可以设计一个最佳的观测策略和数据简化技术，以校准仪器像差，揭示微弱的天体物理源。我们用VLT上的SPHERE（光谱偏振仪高对比度系外行星研究仪器）获得了HR 3484的一系列52分钟、AO校正、日冕遮蔽、高节奏（1.6Hz）、H波段的图像。这是来自xAO仪器的独特数据集，用于研究其在短至1秒和长至数十分钟的时间尺度上的稳定性。我们发现不同的时间制度的去相关。我们发现，残差从大气湍流诱导一个快速的，部分解相关的PSF在几秒钟内，在过渡到一个政权与时间的线性解相关，在每秒百万分之几十（ppm/s）的速率。我们分析了这种去相关的空间依赖性，在良好的校正半径的自适应光学系统，并表明，线性去相关是更快地在短的分离。最后，我们研究了到子午线的距离对去相关的影响。
2018-07-01 astro-ph.IM
Accelerated Modeling of Near and Far-Field Diffraction for Coronagraphic Optical Systems
准确预测日冕仪的性能和高对比度成像的光学表面公差需要详细的衍射效应。与简单的夫琅禾费衍射建模不同，近场和远场衍射效应（诸如塔尔博特效应）通过使用菲涅耳和角谱传播的平面到平面传播来捕获。这种方法需要一系列计算密集的傅里叶变换和二次相位函数，这限制了设计和像差灵敏度参数空间，这些参数空间可以在电晕放电设计过程中以高保真度进行探索。本研究提出了优化的多表面传播模块的开源物理光学传播PYthon（POPPY）包的结果。这种优化是通过在图形处理单元上实现和基准测试傅立叶变换和阵列操作，以及在适当情况下使用NumExpr python库优化多线程数值计算来执行的，以加快天文台和日冕光学系统的端到端仿真。使用现实的系统，这项研究表明，超过五倍减少挂钟运行时间比POPPY的以前的实现，并描述了进一步提高衍射建模性能的机会。
2018-06-18 astro-ph.IM
Reinforcement learning for post-coronagraphic wavefront control
ONERA（法国航空航天研究院）；Observatoire de Paris（巴黎天文台）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本研究提出一种基于深度强化学习的日冕仪后波前控制方法，利用焦平面图像和物理信息传感数据驱动变形镜，在模拟测试平台上成功生成暗洞，性能接近传统方法。
2026-09-21 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.AI
Lyot-based Low Order Wavefront Sensor for Phase-mask Coronagraphs: Principle, Simulations and Laboratory Experiments
高性能的日冕照相成像的微弱结构周围的明亮的恒星在小的角间距需要精细的控制，倾斜，倾斜和其他低阶像差。当这种误差发生在日冕仪的上游时，它们会导致星光泄漏，从而降低仪器的动态范围。这个问题以前已经解决了掩星日冕仪通过感知星光之前或在日冕仪焦平面。一种这样的解决方案，日冕仪低阶波前传感器（CLOWFS）使用部分反射焦平面掩模来测量Lyot型日冕仪的指向误差。为了解决低内工作角相位掩模日冕仪中没有反射焦平面掩模的指向误差，我们采用了CLOWFS技术。这种新概念依赖于由焦平面相位掩模衍射的星光被Lyot光阑反射到传感器，该传感器可靠地测量低阶像差，例如倾斜和倾斜。这种基于Lyot的反射式波前传感器是一种线性重建器，它可以通过相位掩模日冕仪提供高灵敏度的倾斜误差测量。仿真结果表明，采用真实的后自适应光学残差，瞄准误差的测量精度约为100%。对于四象限相位掩模，λ = 1.6微米时每模10^-2 λ/D。此外，我们还在实验室中演示了四象限相位掩模在638 nm处的开环测量指向精度为10^-2 λ/D。
2014-04-29 astro-ph.IM
On-sky demonstration of low-order wavefront sensing and control with focal plane phase mask coronagraphs
通过大气光谱来表征系外行星的能力需要直接成像技术来将行星信号从明亮的恒星眩光中分离出来。直接探测系外行星的局限性之一，无论是地面还是空间日冕仪，都是指向误差和其他低阶波前像差。因此，衍射极限处的日冕照相检测灵敏度取决于焦平面掩模上游的低阶像差被校正得有多好。为了防止星光泄漏的相位掩模日冕仪的内部工作角，我们已经引入了一个基于Lyot低阶波前传感器（LLOWFS），使用拒绝星光在Lyot平面衍射感测像差。在本文中，我们提出的实施，测试和结果的LLOWFS的斯巴鲁日冕极端自适应光学系统（SCExAO）在斯巴鲁望远镜。我们用积分控制律控制了H波段矢量涡旋日冕的35个Zernike模和天空中的10个Zernike模。我们证明了一个闭环指向残差为0.02 mas在实验室和0.15 mas的天空中的数据采样使用最小的2秒曝光时间的科学相机。我们还将LLOWFS集成到SCExAO的可见光高阶控制回路中，在闭环运行中验证了红外科学通道和可见光波前传感通道之间的非共路指向误差的校正，指向残差为0.23 mas。
2015-06-20 astro-ph.IM
Characterisation of a turbulent module for the MITHIC high-contrast imaging testbed
未来地面超大望远镜上的高对比度成像仪将不得不处理主镜的分割。为了达到最高可能的波前校正，从而达到最佳对比度性能，必须最小化来自段边缘处的相位阶跃的残余相位误差。为了研究这些影响，我们开发了MITHIC高对比度测试平台，旨在测试波前传感的各种策略，包括用于极精确测量低水平差分像差（ZELDA）的Zernike传感器和用于系外行星探测的COronagraphic焦平面波前估计（COFFEE）。我们最近配备了一个新的大气湍流模拟模块，该模块提供了代表分段主镜的静态相位图案和代表由AO或XAO系统过滤的大气湍流的连续相位带。我们提出了一个表征的模块，使用不同的仪器和波前传感器，和第一个日冕测量获得的MITHIC。
2020-12-06 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
Experimental study of a low-order wavefront sensor for the high-contrast coronagraphic imager EXCEDE
EXCEDE（系外行星星周环境和磁盘探测器）飞行任务是美国航天局选定用于技术开发的，其目的是研究系外行星系统的形成、演变和结构，并将星周环境的特征确定为恒星宜居带。它由一个0.7米的望远镜组成，配备了一个相位诱导振幅切趾日冕仪（PIAA-C）和一个2000单元的MEMS变形镜，能够在1.2 λ/D时达到1 e-6的原始对比度，在2 λ/D以上达到1 e-7。实现这些对比度的关键挑战之一是使用低阶波前传感器（LOWFS）去除低阶像差。NASA艾姆斯研究中心目前正在开发一个模拟星光抑制系统的实验，其中包括一个以500 Hz实时控制倾斜/倾斜模式的LOWFS。LOWFS使我们能够将倾斜/倾斜干扰降低到1 e-3 lambda/D rms，将之前的对比度提高十倍，在1.2和2 lambda/D之间达到8 e-7。线性二次高斯（LQG）控制器目前实施，以改善甚至更多的结果，通过减少残余振动。该试验台表明，低阶扰动的良好知识是高对比度成像的关键资产，无论是用于实时控制还是用于后处理。
2013-09-06 astro-ph.IM
Active minimization of non-common path aberrations in long-exposure imaging of exoplanetary systems
上下文由于恒星与行星之间的高对比度，系外行星的光谱学非常具有挑战性。自适应光学（AO）传感器与科学相机之间的非共路像差（NCPA）是日冕科学图像中类行星恒星散斑的一个技术难点。在几次长时间曝光的观测序列中，快速演变的NCPA平均化并留下AO晕，为行星探测增加了光子噪声。静态NCPA可以使用差分成像技术进行后验校准。然而，在观测序列期间演变的NCPA不会平均化，并且不能后验校准。这些准静态NCPA是目前SPHERE、GPI和SCExAO等直接成像仪器的主要局限性之一。目的。我们的目标是积极减少长曝光图像中引起的准静态散斑。为此，我们需要测量AO晕上方的准静态散斑场。方法.自相干相机（SCC）是测量日冕科学图像中散斑复场的成熟技术。它通常用于THD 2工作台，以在空间相关条件下在5-12 λ/D范围内达到<10^{-8}的对比度水平。为了在THD 2上测试地面条件下的SCC，我们在良好的观测条件下光学模拟了SPHERE/VLT AO系统后面测量的剩余像差。结果我们在实验室中证明，SCC可以最大限度地减少准静态散斑强度的科学图像下降到由AO晕残差设置的限制。在783.25 nm波长下，在5-12 λ/D范围内，SCC的原始对比度达到1σ，低于10^{-6}。
2019-10-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
The MICADO first light imager for the ELT: MISTHIC simulation pipeline for the high contrast mode of MICADO
本文提出MISTHIC仿真管线，用于模拟MICADO高对比度模式的真实图像并评估其在多种像差和瞳面跟踪策略下的预期性能，以支持ELT科学观测准备。
2024-08-30 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
The Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics system: enabling high-contrast imaging on solar-system scales
斯巴鲁Coronagraphic Extreme自适应光学（SCExAO）仪器是一种多用途高对比度成像平台，旨在发现和详细表征系外行星系统，并作为ELT高对比度成像技术的测试平台。它是一个多波段仪器，利用600至2500纳米的光，可以直接对恒星宿主内部3 λ/D的系外行星进行日冕照相成像。波前传感和控制是SCExAO操作的关键。由Subaru的设施自适应光学系统提供低阶模式的部分校正，最终校正包括高阶模式，通过可见金字塔波前传感器和2000元件可变形反射镜的组合在下游实现。然后可以将良好校正的NIR（y-K波段）波前注入任何可用的日冕仪中，包括但不限于相位诱导振幅变迹和矢量涡旋日冕仪，这两者都提供低至1 λ/D的内部工作角。非共光路，低阶像差感测与日冕低阶波前传感器在红外（IR）。低噪声、高帧率的近红外探测器可实现主动散斑消除和相干差分成像，而HiCIAO成像仪和/或CHARIS积分场摄谱仪（2016年中期开始）中的HAWAII 2 RG探测器可进行更深的曝光和/或执行角度、光谱和偏振差分成像。可见光科学由两个干涉测量模块提供：VAMPIRES和FIRST，它们分别具有偏振和光谱测量能力，能够在可见光区域进行亚衍射极限成像。我们详细描述了仪器，并提出了初步的结果在天空和实验室。
2015-06-30 astro-ph.IM
Addressing the low-wind effect with the Lyot-based low-order wavefront sensor on SCExAO
National Astronomical Observatory of Japan, Subaru Telescope（日本国立天文台，昴星团望远镜）；Astrobiology Center（天体生物学中心）；Space Science and Engineering Initiative, College of Engineering, University of Hawai‘i（夏威夷大学工程学院空间科学与工程倡议）；Institute for Astronomy, University of Hawaii（夏威夷大学天文学研究所）；Optical Sharpeners（光学锐化器）；University of Victoria（维多利亚大学）；Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI)（韩国天文学与空间科学研究所）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学光学科学学院）
本研究针对SCExAO现有LWE校正技术与日冕仪模式不兼容的问题，采用基于Lyot的LLOWFS，通过机器学习实现LWE差分活塞像差的在轨校正，提升SCExAO高对比度成像性能，助力小角距成熟系外行星探测。
2026-09-02 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
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor
上下文几个系外行星直接成像仪器将很快投入使用。他们使用极端自适应光学（XAO）系统来校正大气湍流，并向近红外（NIR）日冕仪提供高度校正的光束以抑制星光。然而，由于存在于可见XAO感测路径与NIR科学路径之间的差分波前误差，导致日冕照相图像中的残余散斑，因此日冕照相的性能受到非共路像差（NCPA）的限制。目标。在过去的几年中，已经开发了几种方法来精确校准NCPA，校正准静态散斑，并允许观测比其宿主恒星暗至少1 e6的系外行星。我们提出了一种基于Zernike相衬法的方法，用于测量可见光XAO波前传感器和近红外日冕仪所见光路之间的NCPA。方法.该方法使用尺寸为λ/D的焦平面相位掩模，其中λ和D分别表示波长和望远镜孔径直径，以通过将上游光瞳平面中的准静态像差编码成下游光瞳图像中的强度变化来测量上游光瞳平面中的准静态像差。我们开发了一个严格的形式主义，导致NCPA的高精度测量，在一个准线性的方式在观察。结果对于λ = 1.625 μm（0.026 λ）处标准偏差为44 nm rms的静态相位图，我们估计，与典型电流生成系统的预期性能相比，在存在AO残差的情况下，色度NCPA可能降低3至10倍。这将使探测到的图像中的准静态散斑水平减少10到100倍，从而相应地提高观测系外行星的能力。
2013-05-31 astro-ph.IM
Integrated photonic-based coronagraphic systems for future space telescopes
针对未来空间望远镜高对比度成像需求，本文综述光子日冕仪并提出视场分割与级联互补两种混合光学系统方案。
2023-09-10 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
The coronagraphic Modal Wavefront Sensor: a hybrid focal-plane sensor for the high-contrast imaging of circumstellar environments
当前高对比度成像仪器的原始日冕照相性能受到准静态散斑（QSS）背景的限制，这是由仪器非共路径误差（NCPE）引起的。快速发展的有效的散斑减法技术，在数据减少，使最终的对比度高达10-6，以获得，但它仍然是最好的，以消除潜在的NCPE在源。在这项工作中，我们介绍了日冕模式波前传感器（cMWS），一种新的波前传感器，适用于实时NCPE校正。该光瞳平面光学器件结合了变迹相位板日冕仪和全息模式波前传感器，利用科学点扩散函数提供同时的日冕成像和焦平面波前传感。我们首先通过理想化的闭环模拟验证了cMWS的基线性能，表明传感器在2-10次迭代内成功地在+/-2.5弧度均方根（RMS）波前误差的有效动态范围内恢复了衍射限制的日冕性能。然后，我们提出了在威廉赫歇尔望远镜的初始天空测试的结果，并证明该传感器能够检索注入波前像差的精度为10 nm RMS在现实的看到条件下。我们还发现，cMWS是能够实时宽带测量的大气波前方差在一个未校正的望远镜子孔径的节奏为50 Hz。当与合适的闭环自适应光学系统组合时，cMWS具有在未经校正的QSS底之上提供高达两个数量级的原始对比度的改进的潜力。这样的传感器将非常适合于现有和未来仪器（包括E-ELT的EPICS和METIS）对系外行星的直接成像和光谱分析。
2016-10-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modeling coronagraphic extreme wavefront control systems for high contrast imaging in ground and space telescope missions
高对比度成像（HCI）在地面和太空应用中检测系外行星的挑战可以通过极端自适应光学（ExAO）来应对，极端自适应光学是一种高阶自适应光学系统，可执行波前传感（WFS）和高速校正。我们描述了两种ExAO光学系统设计，分别用于地面望远镜和太空任务，并使用Python中的物理光学传播（POPPY）包中的角谱菲涅耳传播模块对其进行了检查。我们提出了一个端到端（E2 E）的MagAO-X仪器，ExAO系统能够提供6 $\times10^{-5}$可见光原始对比度的静态，非共同路径像差没有大气的模拟。我们提出了一个激光guidestar（LGS）伴侣航天器试验台演示，它使用远程信标，以增加可用于WFS和未来的大型空间望远镜的主孔径段的控制信号，提供了一个因素的10个因素的顺序改善放宽天文台的稳定性要求。LGS E2 E仿真提供了一个易于调整的模型，用于探索测试台设计和表征的参数、限制和权衡。
2018-07-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Electric Field Conjugation with the Project 1640 coronagraph
Palomar天文台200英寸Hale望远镜上的Project 1640仪器是一种日冕仪，后端有一个积分场摄谱仪，旨在寻找附近恒星周围的年轻自发光行星。为了达到必要的对比度，PALM-3000自适应光学系统校正快速大气散斑，而CAL，一个马赫-曾德尔配置的相移干涉仪，测量日冕光阑后光瞳平面中复杂电场的准静态分量。另外两个传感器测量和控制低阶模式。然后，这些场测量可以与系统模型和使用AO系统内部的白光源单独获取的数据相结合，以校正相位和幅度像差。在这里，我们讨论和演示的程序，以保持一个半平面黑洞的图像平面，而摄谱仪正在采取的数据，包括初始的天空性能。
2013-09-24 astro-ph.IM
A deep learning approach for focal-plane wavefront sensing using vortex phase diversity
高对比度成像仪器的性能受到波前误差的限制，特别是受到非共路像差（NCPA）的限制。焦平面波前传感（FPWFS）适合处理NCPA，因为它测量最重要的像差，也就是说在科学焦平面上。然而，从焦平面图像的相位检索结果，在一个符号的模糊性，甚至模式的光瞳平面相位。目前用于解决符号模糊性的相位分集方法倾向于减少科学占空比，即专用于科学的观测时间的分数。在这项工作中，我们将探索如何将涡旋日冕提供的相位多样性与现代深度学习技术相结合，以在不损失观测时间的情况下执行高效的FPWFS。我们应用最先进的卷积神经网络EfficientNet-B4从模拟焦平面图像中推断相位像差。标量和矢量涡旋日冕仪（SVC和VVC）的两种情况下，被认为是使用一个单一的后日冕点扩散函数（PSF）或两个PSF通过分裂圆偏振态，分别获得。即使在低信噪比（S/Ns）下，在这两种情况下，符号模糊度也被适当地解除。使用SVC或VVC，与使用具有散焦PSF的相位分集相比，我们已经达到了非常相似的性能，除了高水平的像差，其中SVC与其他方法相比表现略差。当在具有宽范围波前误差和噪声水平的数据上训练时，模型最终显示出极大的鲁棒性。所提出的FPWFS技术为使用涡旋电晕放电的仪器提供了100%的科学占空比，并且在SVC的情况下不需要任何额外的硬件。
2022-12-16 astro-ph.IM
Experimental study of a low-order wavefront sensor for high-contrast coronagraphic imagers: results in air and in vacuum
为技术发展的使命EXCEDE（系外行星绕星环境和磁盘探测器）-一个0.7米的望远镜，配备了一个相位诱导振幅切趾日冕仪（PIAA-C）和一个2000元件的MEMS变形镜，能够在1.2 λ/D和1 e-7以上2 λ/D的原始对比度1 e-6-我们开发了两个测试台，模拟其关键部件，一个在空气中，另一个在真空中。为了实现这种对比度，主要目标之一是使用低阶波前传感器（LOWFS）消除低阶像差。我们在NASA艾姆斯研究中心的空气中和洛克希德马丁公司的真空中测试了这个关键部件，以及日冕仪和波前控制。LOWFS在1~kHz下实时控制倾斜/翻转模式，使我们能够将空气中的干扰降低到1 e-3 lambda/D rms，使我们在1.2和2 lambda/D之间实现2.8e-7的对比度。目前正在进行测试，以实现相同或更好的真空校正水平。有了这些结果，并通过将它们与模拟进行比较，我们能够推断出它在不同日冕仪上的性能-不同尺寸的望远镜，内部工作角，对比度等-因此研究它在EXCEDE之外的贡献。
2014-07-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Upgrading SPHERE with the second stage AO system SAXO+: non-common path aberrations estimation and correction
本文研究SAXO+第二级自适应光学系统中的非共路径像差（NCPAs）问题，通过端到端仿真评估NCPAs对第二回路的影响及焦平面波前传感校正效果，并分析SAXO+光路位置对像差演变的影响。
2024-06-26 astro-ph.IM
Experimental parametric study of the self-coherent camera
对系外行星的直接成像需要探测到在非常明亮的恒星附近运行的非常微弱的物体。在这方面，向欧洲航天局提出了SPICES飞行任务，以便在可见光波长下确定行星的特征。SPICES是一个1.5米的空间望远镜，它使用日冕物质来强烈衰减中心源。然而，即使在太空望远镜中也会出现的微小光学像差，会大大降低日冕探测器的性能。为了减少这些像差，我们希望直接在日冕图像上估计电场，并且在可变形反射镜的帮助下校正日冕上游的波前。为此，我们提出了一种仪器，自相干相机（SCC）。通过在位于日冕之后的Lyot光阑上增加一个小的“参考孔”，我们可以利用恒星光的相干性在焦平面上产生干涉。我们开发了算法来解码这些斐索条纹中包含的信息，并检索焦平面中的场的估计。在简要回顾SCC原理后，我们将介绍一项基于实验和数值模拟的研究结果，分析参考孔尺寸的影响。
2017-10-10 astro-ph.IM
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. II. Concept validation with ZELDA on VLT/SPHERE
温暖或巨大的气体巨行星，褐矮星和附近恒星周围的碎片盘现在经常被大型地面天文台上的专用高对比度成像仪器观测到。这些设施包括极端自适应光学（ExAO）和最先进的日冕照相术，以实现系外行星探测和光谱表征的前所未有的灵敏度。然而，ExAO传感路径和科学路径之间的差异像差代表了检测巨行星的关键限制，这些巨行星的对比度低于几个$10^{-6}$，与其宿主恒星的距离非常小（<0.3 \as）。在我们以前的工作中，我们提出了一种基于Zernike相衬方法的波前传感器来规避这个问题，并在纳米级测量这些准静态像差。我们介绍了ZELDA的设计，制造和测试，这是一个原型，安装在VLT/SPHERE在其重新整合在智利。使用仪器的内部光源，我们进行了测量中的Zernike或傅立叶模式引入的变形镜的存在。我们的实验和模拟结果是一致的，证实了我们的传感器能够以纳米精度测量小像差（<50 nm rms）。然后，我们修正了长寿命的非共路像差的SPHERE的基础上ZELDA测量。我们估计在0.2 \as时冠状造影图像中的对比度增益为10，达到仪器中冠状造影设置的原始对比度极限。ZELDA的设计和相位重建算法的简单性使其成为在线测量观测过程中准静态像差的一个很好的选择。在当前和未来的设施（ELT，未来的空间任务）上实施基于ZELDA的传感路径可以简化对附近恒星周围的冷气体或大质量岩石行星的观测。
2016-06-17 astro-ph.EP 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
Vortex coronagraph: revisiting the phase retrieval properties via Zernike analysis
本文通过Zernike分析重新审视涡旋日冕仪的相位恢复特性，提出二阶展开方法，证明标量涡旋日冕仪图像可用于实际中无歧义的焦平面波前传感。
2024-07-19 astro-ph.IM physics.optics
Model validation and tolerancing of scalar vortex masks in the High Contrast Imaging Testbed (HCIT) facility
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
本文研究标量涡旋掩码在高对比成像测试台中的性能，通过相位计量评估掩码缺陷，优化EFC算法模型，并验证实验结果与模拟性能的一致性，为未来HWO任务提供基准。
2026-03-23 astro-ph.IM
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
First on-sky demonstration of spatial Linear Dark Field Control with the vector-Apodizing Phase Plate at Subaru/SCExAO
目前限制系外行星探测高对比度成像观测的关键噪声源之一是准静态散斑。准静态散斑产生于缓慢演化的非共路像差（NCPA）。这项工作的目的是提出一个空间线性暗场控制（LDFC）的概念验证的天空演示。LDFC的最终目标是通过使用科学图像作为附加波前传感器来寻址NCPA来稳定点扩散函数（PSF）。我们将空间LDFC与斯巴鲁望远镜上的斯巴鲁日冕极端自适应光学系统上的非对称瞳孔矢量变迹相位板（APvAPP）相结合。在本文中，我们报告的第一个成功的LDFC的原理验证的天空测试的结果。我们目前的结果从两种类型的情况：（1）仪器误差和大气残差加上人工诱导的静态变形镜上引入的像差和（2）校正只有大气残差和仪器像差。当在DM上引入人工静态波前像差时，我们发现LDFC可以将原始对比度提高$3$ - $7$。在这些测试中，残余波前误差减小了$\sim$ 50 nm RMS，从$\sim$ 90 nm减小到$\sim40$ nm RMS。在只有残留的大气波前误差和仪器像差的情况下，我们表明，LDFC是能够抑制发展的像差，具有时间尺度的$<0.1$ - $0.4$ Hz。我们发现，在$10^{-2}$ Hz的功率减少了$\sim$ 20，7，和4的空间频率箱在2.5，5.5，和8.5 $λ/D$，分别。这项工作中提出的结果表明，LDFC是一种很有前途的技术，可以实现下一代超大望远镜的高对比度成像目标。
2021-06-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
JWST/MIRI coronagraphic performances as measured on-sky
对直接成像的系外行星进行表征是詹姆斯·韦伯太空望远镜最令人期待的科学功能之一。中红外仪器MIRI能够在迄今为止从未实现的光谱范围内提供这类物体独特的空间分辨光度数据点。我们的目标是提出第一个天空对比度测量的MIRI的日冕仪。除了最长波长的经典Lyot日冕仪之外，这种观测模式还首次在空间望远镜中实现了四象限相位掩模的概念。我们观察了单个恒星和一系列参考星，以测量它们在探测器上传递时的原始对比度，以及参考减去的对比度。MIRI的日冕仪在最小角间距处（$1''$内）实现了大于$10^3$的原始对比度，而在更远的角间距处（超过$5\sim6''$）实现了大约$10^5$的原始对比度。减去未被电晕放电衰减的残留衍射光，有可能使最终对比度下降到背景和检测器限制的最大角间距处的噪声基底（在小于$1''$时是$10^4$的几倍）。MIRI日冕仪的表现与模拟结果一致。特别是，所有四个日冕仪的原始对比度与衍射模型完全一致。减去参考星得到的对比度也符合预期，并充分证明了两个四象限相位掩模（F1065C和F1140C）。在F1550C测得的最差对比度很可能是由于观测期间主镜相位像差的变化，而不是日冕本身的问题。我们没有在F2300C下使用Lyot掩模执行参考星减法，但我们预计它会将对比度降低到噪底。
2022-07-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Visible extreme adaptive optics for GMagAO-X with the triple-stage AO architecture (TSAO)
超大望远镜将需要数百个致动器穿过瞳孔，以获得可见光中的高斯特列尔。我们设想一个三级AO（TSAO）系统的GMT/GMagAO-X来实现这一点。第一级是由提供一阶校正的IR金字塔波前传感器控制的4K DM。第二级包含GMagAO-X的高阶并行DM，其具有21000个致动器，并且包含用于每个镜段的定相的干涉延迟线。该级使用Zernike波前传感器用于高阶模式，使用全息色散条纹传感器用于分段活塞控制。最后，第三阶段使用专用的3 K dm用于非共光路像差控制和通过使用焦平面波前传感和控制的日冕形波前控制。选择三级结构来创建更简单的解耦控制回路。这项工作描述了所提出的三级AO架构的性能与GMagAO-X的ExAO。
2022-08-15 astro-ph.IM
