Telemetry is a Sensor: Opportunistic Wavefront Estimation for the James Webb Space Telescope
Technion–Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；University of Toronto（多伦多大学）；Northwestern University（西北大学）
本研究将詹姆斯·韦伯空间望远镜的工程遥测用作机会波前传感器，采用两阶段梯度提升回归器，利用在轨数据实现了18个镜段中13个的高统计显著性光程差推断，为大型天文台提供了低开销的波前估计方案。
2026-08-10 astro-ph.IM
Adapting the pyramid wavefront sensor for pupil fragmentation of the ELT class telescopes
下一代超大望远镜（直径24至39米）将面临所谓的“瞳孔碎片化”问题。由于其瞳孔形状的复杂性（分割，大蜘蛛......），在观察期间，在整个瞳孔的某个孤立部分之间可能出现一些差动活塞。虽然经典的AO系统将能够校正湍流效应，但它们将对这种特定的望远镜引起的扰动视而不见。因此，这种差分活塞，又名花瓣模式，将阻止达到望远镜的衍射极限，并最终将代表与ELT的AO辅助观测的主要限制。在这项工作中，我们分析了这些花瓣模式的空间结构，以及它如何影响金字塔波前传感器的能力，以感测它们。然后，我们提出了一个变化的经典金字塔的概念，以增加WFS的敏感性，这一特定的模式。然而，我们发现，一个单一的WFS不能准确地和同时测量湍流和花瓣模式。我们提出了一种双光路波前传感器方案来解决这个问题。我们表明，这样的计划，与空间滤波的残留湍流在第二WFS路径专用于花瓣模式传感，允许充分测量和校正湍流和碎片效应，并最终恢复未来ELT的全部能力和空间分辨率。
2022-09-19 astro-ph.IM
Polarization dOTF: on-sky focal plane wavefront sensing
差分光学传递函数（dOTF）是一种焦平面波前感测方法，其使用光瞳平面中的多样性来生成两个不同的焦平面图像。它们的傅里叶变换的差将瞳孔的复振幅恢复到分集的空间尺度。我们在望远镜光瞳的边缘处使用偏振滤波器产生两个同时具有多样性的PSF图像，并且偏振相机同时记录这两个图像。在这里，我们提出了第一个在天空中的演示偏振dOTF在1.0米南非天文台望远镜在萨瑟兰，我们试图验证它与同步Shack-Hartmann波前传感器图像。
2016-08-16 astro-ph.IM
Differential OTF Wavefront Sensing
提出了一种基于图像的成像系统光瞳复场测量方法。两个点源图像，一个与一个小的修改引入瞳孔，使用一个简单的和非迭代算法相结合。非干涉方法是基于光学传递函数（OTF）的变化，给出微分OTF（dOTF）。dOTF包括复光瞳场的两个图像，其关于光瞳修改的位置被共轭和反射，留下遮蔽一些光瞳的重叠。可以通过在光瞳边缘附近引入修改来最小化重叠。通过使用第二修改和第三点源图像，可以完全消除重叠区域。光瞳场通过光瞳场的变化进行卷积，因此较小的修改区域是优选的。非单色光，但结果导致由分数带宽确定的成比例径向模糊。我们包括一些简单的演示实验，包括使用瞳孔阻塞和移动单个变形镜致动器作为瞳孔修改。在每种情况下，即使当瞳孔掩模未知并且波前像差很大时，也容易恢复复杂的波前。
2013-09-26 astro-ph.IM physics.optics
Focal-plane wavefront sensing with moderately broadband light using a short multi-mode fiber
Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)（加那利天体物理研究所）；Universidad de La Laguna (ULL)（拉古纳大学）；University of Hawai’i at Manoa Institute for Astronomy（夏威夷大学马诺阿分校天文研究所）
基于短多模光纤的焦点平面波前传感器利用神经网络实现中等宽带照明下的波前恢复，具有高灵敏度和低成本优势。
2025-10-03 astro-ph.IM
Wavefront Profiling via correlation of GLAO open loop telemetry
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Institute for Astronomy, University of Hawai’i at Mānoa（夏威夷大学马诺阿分校天文研究所）；UCA, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸观测站，法国国家科学研究中心，拉格朗日实验室）
本研究利用'imaka GLAO演示器'的开环遥测数据，通过多波前传感器的时空互相关识别湍流层速度，验证了风廓线方法的有效性，为AO系统开发提供了大气数据支撑。
2026-08-12 astro-ph.IM
Overview of focal plane wavefront sensors to correct for the Low Wind Effect on SUBARU/SCExAO
低风速效应（LWE）是指当望远镜圆顶内的风速低于$3$ m/s时发生的现象，在望远镜支架附近产生温度梯度。这在光瞳平面中产生相位不连续性，其不能被传统的自适应光学（AO）系统（诸如金字塔波前传感器或Shack-Hartmann）检测到。考虑到瞳孔被规则的蜘蛛分成4个象限，相位不连续对应于瞳孔的每个象限中的活塞、倾斜和倾斜像差。未经校正，它强烈降低了利用日冕照相术的高对比度成像仪器在小角距处探测系外行星的能力。多个焦平面波前传感器目前正在斯巴鲁望远镜的斯巴鲁日冕极限自适应光学（SCExAO）仪器上开发和测试：其中，泽尼克不对称光瞳（ZAP）波前传感器已经在天空中显示，它可以测量LWE引起的焦平面图像像差。快速和激烈的算法，使用以前的变形镜命令作为时间相位分集，在模拟中显示其效率，以改善波前质量的存在下LWE。用SCExAO遥测训练的神经网络算法显示出有希望的PSF预测。线性化解析相位分集（LAPD）算法是一种多孔径同相的解决方案，通过将斯巴鲁望远镜看作一个4子孔径仪器，研究了LAPD算法对LWE像差的校正。我们提出了不同的算法，显示最新的结果，并比较他们的实施SCExAO/SUBARU作为实时波前传感器的LWE补偿。
2019-12-21 astro-ph.IM
A Statistical Framework for the Utilization of Simultaneous Pupil Plane and Focal Plane Telemetry for Exoplanet Imaging, Part I: Accounting for Aberrations in Multiple Planes
如果能够充分克服在实现区分行星信号和恒星信号所需的极高动态范围方面的困难，被称为超大望远镜的新一代望远镜有可能提供前所未有的系外行星系统成像和光谱学。充分利用ELT的潜力进行系外行星成像可能需要同时和自我一致的确定行星图像和光学系统的多个平面中的未知像差，使用基于波前传感器和科学相机数据流的统计推断。该方法有望克服基于差分成像的各种方案（例如ADI和SDI）中固有的最重要的系统误差。本文是关于这个问题的系列文章中的第一篇，其中建立了系外行星成像问题的形式主义，为未来的统计推断方法奠定了基础。已尽一切努力做到严格和完整，以便以后可以评估近似值的有效性。这里，偏振图像用具有自适应光学系统的偏振望远镜的各个平面中的像差来表示。此外，示出了利用焦平面感测来校正散斑场的当前方法，例如，电场共轭依赖于多个光学表面上的像差可以表示为单个光学表面上的像差的默认假设，最终限制了它们对地基天文学的潜在有效性。
2016-03-03 astro-ph.IM
INGOT Wavefront Sensor: from the optical design to a preliminary laboratory test
晶锭波前传感器是一种新颖的光瞳平面波前传感器，专门设计用于应对激光引导星（LGS）的延伸性质的典型伸长。在ELT的框架中，我们提出了一种适合于激光发射望远镜的光学解决方案，位于望远镜光瞳之外。在本文中，我们提出了目前的光学设计，基于反射屋顶形棱镜，在焦平面的水平，分裂的光从LGS生产三个光束。望远镜光瞳的三个图像然后可以用于波前的一阶导数的检索。这种器件的3D特性要求新的对准技术在理论上确定并在现实世界中验证。一个可能的全自动程序，仅依赖于在三个瞳孔观察到的照明，对准棱镜的LGS的图像进行了讨论。需要仔细注意系统的远心度和3D空间中铸锭调整的参考系。这是至关重要的，以便理清所有可能的错位效应。在这种情况下，我们设计了一个测试台，能够复制，在缩放的方式，3D照明，铸锭将面临的ELT，以验证设计和执行相位恢复的初步测试。
2021-01-19 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
Speckle Control with a remapped-pupil PIAA-coronagraph
PIAA是一种现已得到充分证明的高对比度技术，其在恢复瞳孔以恢复经典成像能力之前，使用瞳孔的中间重映射进行高对比度冠状照相术（变迹）。本文介绍了第一次演示完整的散斑控制回路与这样的PIAA日冕。我们表明存在一套完整的重新映射光学（所谓的PIAA和匹配逆PIAA）是透明的波前控制算法。因此，可以采用简单的基于焦平面的波前控制算法，而不需要对重映射效应进行建模。使用斯巴鲁Coronagraphic极端AO（SCExAO）仪器斯巴鲁望远镜，我们表明，一个完整的PIAA-coronagraphic是兼容的一个简单的实现的散斑置零技术，并证明PIAA的好处，在小角度分离的高对比度成像。
2012-06-14 astro-ph.IM
windsoCC: reconstructing the wind-driven halo in MagAO-X images using wavefront sensor telemetry
Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；James C. Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学詹姆斯·C·怀恩特光学科学学院）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构地球与行星实验室）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；Subaru Telescope, National Observatory of Japan（日本国立天文台昴星团望远镜）；Department of Astronomy, University of Michigan（密歇根大学天文学系）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）；Draper Laboratory（德雷珀实验室）；Starfire Optical Range, Kirtland Air Force Base（基尔兰德空军基地星光光学靶场）
本研究开发了windsoCC管道，利用MagAO-X的波前传感器遥测数据重建并去除风致光晕，显著提升了HR 4796A周围盘图像的天体恢复效果。
2026-08-12 astro-ph.IM
Moment analysis of focus-diverse point spread functions for modal wavefront sensing of uniformly illuminated circular-pupil systems
提出了一种新的利用焦点分散的点扩散函数进行模式波前传感的概念。这是基于测量的PSF的相对简单的图像矩分析，这将其与其他焦平面波前传感技术（FPWFS）区分开来。所提出的几何分析表明，图像的时刻是波像差系数的非线性函数，但注意到，焦点多样性（FD）基本上是从别人的关注的系数，导致一组线性方程，其解决方案对应于模态系数估计。所提出的概念验证模拟表明，特别是在WFS中具有强烈畸变的高SNR对象的概念的潜力。
2012-02-24 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
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
The crossed-sine wavefront sensor: first tests and results
交叉正弦波前传感器（WFS）是测量波前的一阶导数的光瞳平面波前传感器。它由三个主要部件组成：由正弦函数的乘积构建的梯度透射滤波器（GTF），围绕光轴旋转45度，在测试光学系统焦点处的2x2微型透镜阵列（MLA）和位于与光瞳共轭的平面上的检测器阵列。基本原理在于同时获取四个瞳孔图像，从位于GTF后面的不同点观察每个图像。经过模拟工作，证明了波前重建能力，我们现在在实验室的原型实施阶段。交叉正弦WFS可以同时实现高的空间分辨率在光瞳的测试光学和绝对测量精度相媲美的激光干涉仪所达到的。本文介绍了七种定制的相位掩模，并对它们进行了测试，给出了初步的测试结果，在此基础上探讨了正交正弦WFS的性能，并与激光干涉仪的性能进行了比较
2022-09-02 astro-ph.IM physics.optics
Fast & Furious focal-plane wavefront sensing
我们提出了两个互补的算法，适用于使用焦平面测量控制波前校正器具有极高的空间分辨率。该算法使用线性近似来迭代地最小化焦平面相机所看到的像差。第一种算法Fast & Furious（FF）使用弱像差假设和光瞳对称性来实现快速波前重建。第二种算法是FF的扩展，可以处理任意瞳孔形状;它使用Gerchberg-Saxton风格的误差减少来确定瞳孔幅度。模拟和实验结果显示的空间光调制器控制的波前分辨率为170 × 170像素。该算法将Strehl比从约0.75增加到0.98-0.99，并且在整个320 x 320像素的记录图像中降低了散射光的强度。剩余波前均方根误差估计为约0.15拉德与FF和约0.10拉德与FF-GS。
2014-06-04 astro-ph.IM physics.optics
Adaptive Optics Telemetry Standard: Design and specification of a novel data exchange format
本文提出自适应光学遥测（AOT）数据交换格式，基于FITS标准，用于标准化地面天文台AO遥测数据，支持湍流参数估计和PSF重建，并开发了公开的Python工具包以验证其灵活性。
2023-12-13 astro-ph.IM
Artificial neural networks for centroiding elongated spots in Shack-Hartmann wavefront sensors
自适应光学在超大望远镜中的应用带来了新的挑战，其中之一就是夏克-哈特曼波前传感器图像的处理。当使用这种类型的传感器与激光导星结合用于对直径为30+ m的望远镜的瞳孔进行采样时，有必要计算细长光斑的质心，其伸长角和纵横比在望远镜瞳孔上变化。现有的技术，如匹配滤波器已被认为是最好的技术来计算细长的斑点的质心，然而，它们不善于应对钠分布的变化的影响。在这项工作中，我们提出了一种新的技术，使用人工神经网络，它利用神经网络的能力，以应付不断变化的条件，在这种情况下优于现有的技术。我们已经开发了全面的模拟来探索这种技术，并将其与现有的算法进行比较。
2014-04-08 astro-ph.IM
Forecasting Wavefront Corrections in an Adaptive Optics System
我们使用的遥测数据从双子座北ALTAIR自适应光学系统，以调查如何以及波前校正的命令（包括提示/湍流和高阶湍流）可以预测，以减少滞后误差（由于波前传感器平均和计算延迟），提高交付的图像质量。我们表明，一个高水平的减少（$\sim$ 5小费，小费，小费和$\sim$ 2高阶模式）在RMS波前误差可以通过使用“预测滤波器”的基础上，只有几个系数（$\sim$ 30小费，小费，小费和$\sim$ 5高阶模式），以补充现有的积分伺服控制器。更新该滤波器以适应不断变化的观测条件在计算上是廉价的，并且需要不到10秒的遥测数据。我们还使用了几种机器学习模型（长短期记忆和扩张卷积模型）来评估是否可以通过更复杂的非线性模型实现进一步的改进。我们的尝试表明，即使对于线性模型残差很高的大滞后，线性自回归预测也没有明显的改进，这表明在双子座北望远镜上ALTAIR的非线性波前失真可能无法用当前的设置进行预测
2022-05-12 astro-ph.IM
Calibrating a high-resolution wavefront corrector with a static focal-plane camera
我们提出了一种方法来校准一个高分辨率的波前校正装置与一个单一的，静态的相机，位于焦平面上，没有任何组件的移动是必要的。该方法是基于本地化的多样性和差分光学传递函数（dOTF）来计算位于最后一个成像光学器件上游的光瞳平面中的相位和振幅。一个空间光调制器的实验表明，校准是足够的鲁棒操作的焦平面波前传感算法控制波前校正器与~40 000自由度。我们估计，相同的波前校正器元件的位置确定的空间分辨率为0.3%的瞳孔直径相比。
2013-10-03 astro-ph.IM physics.optics
Spectral interferometric wavefront sensing: a solution for petalometry at Subaru/SCExAO
针对望远镜光瞳花瓣效应导致的差分活塞等像差测量难题，提出基于 VAMPIRES 多光谱干涉成像和 7 孔非冗余掩模的花瓣计，以扩大捕获范围并辅助 SCExAO 主 AO 消歧。
2024-09-08 astro-ph.IM
Closed-loop focal plane wavefront control with the SCExAO instrument
本文介绍了一个焦平面为基础的波前控制回路的高对比度成像仪器SCExAO（斯巴鲁Coronagraphic极端自适应光学）的实施。该传感器依赖于传统的焦平面图像的傅立叶分析后，在仪器的光瞳中引入非对称掩模。这里，在闭环中使用该绝对传感器来补偿非公共路径误差，该非公共路径误差通常影响依赖于上游自适应光学系统的任何成像系统。该循环在斯巴鲁望远镜的天空中成功运行，并用于补偿高阶波前传感器用作零点的SCExAO可变形镜形状。本文精确的误差范围内，这种波前传感方法可以操作，并探讨了饱和的数据的影响，以及如何可以绕过，在性能的成本。除了这种应用之外，由于其低硬件影响，APF-WFS可以很容易地移植到各种波前传感环境中，用于地面以及星载望远镜，以及可以是连续的、分段的甚至稀疏的望远镜瞳孔。这项技术是强大的，因为它在科学探测器的水平上测量波前。
2016-04-29 astro-ph.IM
An Ingot-like class of WaveFront Sensors for Laser Guide Stars
本文提出一类专为极大望远镜激光导星设计的锭晶波前传感器，通过将金字塔波前传感器扩展至有限距离伸长源情况，给出6瞳和3瞳方案并分析其几何特性与灵敏度优势。
2024-05-29 astro-ph.IM
Integrated coronagraphy and wavefront sensing with the PIAACMC
本文介绍将自相干相机和泽尼克波前传感器集成到PIAACMC中，以消除非共路像差，提升高对比度成像性能。
2023-10-16 astro-ph.IM
Concept validation of a high dynamic range point-diffraction interferometer for wavefront sensing in adaptive optics
对系外行星的直接探测和成像需要使用高对比度的自适应光学（AO）。在这些系统中，准静态像差需要高度校正和校准。为了实现这一点，光瞳调制点衍射干涉仪（m-PDI），在早期的论文中提出。本论文通过三个实验对m-PDI概念进行了验证。首先，通过测量所有空间频率和不同振幅下的空间传递函数来表征仪器的精度和动态范围。然后，使用可见单色光，在系统的系统偏差上闭合自适应光学控制回路，以测试精度和完整性。在瞳孔总半径的72%的中心部分，剩余误差为7. 7 nm-rms。最后，使用在R波段附近具有77 nm的光谱FWHM的多色光来运行控制回路。控制回路显示相对于单色情况没有性能下降，达到大于0.7的最终Strehl比。
2022-04-13 astro-ph.IM
JWST telemetry combined with active coronagraphy: raw contrast predictions for exoplanet imaging with the Habitable Worlds Observatory
Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；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）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）
该研究量化了JWST与HWO在系外行星成像上的技术差距，模拟结合JWST遥测与日冕仪的望远镜，发现波前稳定性提升10倍可拓展其成像能力，明确波前稳定性是HWO的关键技术缺口。
2026-08-31 astro-ph.IM
Overcoming the effect of pupil distortion in multiconjugate adaptive optics
多共轭自适应光学（MCAO）系统具有在比传统单共轭自适应光学系统大得多的视场上提供衍射限制图像的潜力。在MCAO中，高空变形镜（DM）引起光瞳面的畸变，并导致DM致动器和波前传感器（WFS）之间的动态失配。由于WFSs和DMs的空间采样较高，并且科学观测通常是通过较强的湍流和较低的海拔进行的，因此太阳天文学的问题比夜间观测更为严重。动态重合失调限制了太阳能MCAO系统提供的校正质量。在本文中，我们提出了PropAO，第一个AO模拟工具（据我们所知）来模拟瞳孔失真的影响。它利用了光传播库PROPER的Python实现。PropAO使用菲涅耳传播来传播入射波的振幅和相位通过大气和MCAO系统。所得到的波前由WFS分析，并且还用于评估校正后的图像质量。我们能够重现瞳孔失真的问题，并测试新的非线性重建策略，考虑到失真。PropAO被证明是研究欧洲太阳望远镜波前重建和控制行为的重要工具。
2022-01-15 astro-ph.IM astro-ph.SR
Estimation of atmospheric turbulence parameters from Shack-Hartmann wavefront sensor measurements
大气湍流参数的估计与以下方面有关：a）场地评估和表征; b）点扩散函数的预测; c）误差预算的现场评估和自适应光学性能的优化; d）长基线光学干涉测量的条纹跟踪器的优化。Shack-Hartmann波前传感器在大型望远镜中的普遍部署使其成为通过自适应光学遥测进行大气湍流参数估计的核心。Fried参数和外尺度的估计方法有很多种，其中大部分是基于对遥测数据重建的Zernike多项式系数方差的拟合。Zernike多项式导数的非正交性引入了模态交叉耦合，这影响了方差。此外，传感器的有限分辨率引入了混叠。在这篇文章中，这些影响的大气湍流参数估计的模拟解决。结果表明，交叉耦合是主要的偏置。提出了一种迭代算法来克服它。对外尺度（4 ~ 32 m）、Fried参数（10 cm）和方差中的噪声（信噪比为10及以上）的典型范围进行了模拟。据发现，使用该算法，这两个参数都恢复子百分之精度。
2018-11-20 astro-ph.IM
CiaoCiao WFS: sensing phase discontinuities at the ELT
针对极大望远镜（ELT）光瞳碎片化导致的相位不连续性限制自适应光学性能的问题，提出由旋转剪切干涉仪组成的 CiaoCiao WFS，并通过数值模拟分析了其在 MORFEO 观测中低风效应下的传感性能。
2024-04-17 astro-ph.IM
FIRST, a Pupil-Remapping Fiber Interferometer at the Subaru Telescope: on-sky results
第一，单望远镜光纤成像仪，是一种光谱成像仪，使用单模光纤进行光瞳重映射，允许测量超出望远镜衍射极限。集成在斯巴鲁望远镜的斯巴鲁Coronagaphic Extreme自适应光学仪器上，它受益于非常稳定的可见光波前，允许获得长时间曝光，并在比以前更暗的光源上操作。在天空中的结果表明，该仪器的能力，以检测恒星的同伴分离43 mas的情况下，五车二双星系统。在超大望远镜上采用类似的方法，将为在非常高的角分辨率下进行伴星探测和定性提供独特的科学机会。
2020-12-22 astro-ph.IM
Laboratory testing of the Ingot WFS
晶锭WFS是一种新型波前传感器，专门设计用于处理ELT级望远镜上LGS参考源的伸长。像金字塔一样，它属于光瞳平面波前传感器的家族，并且可以被认为是金字塔WFS的推广，用于扩展的三维细长源。目前的设计使用一个简单的，反射屋顶形棱镜分裂成三个光瞳，用于检索波前形状的光。INAF-Padova实验室已经实现了一个测试台，用于测试铸锭的对准和功能。该工作台配备了一个可变形透镜，共轭的光瞳平面，能够应用低阶像差和六足的锭棱镜的精确对准。在这项工作中，我们提出了一个强大的和全自动的Python代码对齐过程，这是能够，通过使用从I-WFS的光学反馈，以调整其6自由度。此外，我们报告的测试进行的可变形透镜，以表征锭WFS响应低阶像差的灵敏度和线性度。结果被用来作为模拟的比较，以验证射线跟踪建模方法与未来的目标，优化信号计算和相位恢复所采用的程序。
2022-09-26 astro-ph.IM
The Three-Sided PyramidWavefront Sensor. I. Simulations and Analysis for Astronomical Adaptive Optics
对于巨型分段镜望远镜（GSMTs）的ExAO仪器，正在考虑WFS的替代架构，因为在检测器尺寸、速度和噪声之间存在折衷，这降低了GSMT-ExAO波前控制的性能。GSMT-ExAO波前传感器考虑的一个选项是三面PWFS（3 PWFS）。与使用四个瞳孔的传统四边PWFS（4PWFS）相比，3 PWFS创建了三个望远镜瞳孔的副本用于波前传感。与4PWFS相比，3 PWFS使用较少的探测器像素，因此对读取噪声的敏感度较低。在这里，我们开发了一个数学形式主义的基础上的衍射理论描述的福柯刀口测试，预测的强度图案后，PWFS。我们的形式主义允许我们计算的强度在光瞳图像中形成的PWFS中存在的相位误差对应于任意傅立叶模式。然后，我们使用面向对象的MATLAB自适应光学工具箱（OOMAO）模拟端到端模型的自适应光学系统使用的PWFS调制和比较的性能的3 PWFS的4PWFS。在低读取噪声检测器的情况下，3 PWFS和4PWFS的斯特列尔比在0.01内。当我们在模拟中包括更高的读取噪声时，我们发现在恒星星等为10时，使用原始强度的3 PWFS的Strehl比增益为0.036，而使用斜率贴图的4PWFS为0.036。在相同幅度下，4PWFS RI也优于4PWFS SM，但增益仅为0.012 Strehl。这是重要的，因为使用斜率图的4PWFS是PWFS常规用于AO波前感测的方式。我们已经发现，3 PWF…
2021-09-14 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
Real-time experimental demonstrations of a photonic lantern wavefront sensor
本文在Subaru/SCExAO测试台上实时演示了光子灯笼波前传感器，能稳定校正约400 nm低阶像差和瓣状模式，在30 nm RMS时变误差下实现10倍抑制，为亚纳米级波前控制提供新途径。
2023-12-20 astro-ph.IM
Reaching the fundamental sensitivity limit of wavefront sensing on arbitrary apertures with the Phase Induced Amplitude Apodized Zernike Wavefront Sensor (PIAA-ZWFS)
本文提出相位诱导振幅变迹泽尼克波前传感器（PIAA-ZWFS），通过非球面透镜改进标准ZWFS，在任意孔径上达到每光子1/2弧度rms的基本灵敏度极限，并可与PIAA-CMC日冕仪集成，适用于高对比度成像。
2023-10-16 astro-ph.IM physics.optics
Experimental Trials With The Optical Differentiation Wavefront Sensor For Extended Objects
通常使用的波前传感器，例如Shack Hartmann波前传感器和金字塔波前传感器，具有大的动态范围或高灵敏度，以一种状态交换另一种状态。一种新型的波前传感器正在开发中，目前正在亚利桑那大学天文自适应光学中心进行测试。该传感器建立在线性光学微分理论的基础上，通过在中间焦平面中使用线性的、空间变化的半波片。这些滤波器与偏振分束器一起将光束分成四个光瞳图像，类似于金字塔波前传感器产生的图像。然后从这些图像中包含的局部波前斜率信息重建波前。ODWFS非常适合扩展对象的波前传感，因为它的动态范围大，因为它在光瞳平面中工作，即使对于任意形状的源，也可以实现片上再现。我们已经组装的ODWFS上使用32 × 32平方1000致动器变形镜的试验台上引入像差到一个模拟的望远镜光束。我们目前正在测试系统的空间频率响应，并将所得数据与数值模拟进行比较。本文介绍了这些初步实验的结果。
2022-08-17 astro-ph.IM physics.optics
High Sensitivity Wavefront Sensing with a non-linear Curvature Wavefront Sensor
本文介绍了一种新的波前检测方法，它是从成功的曲率波前检测原理出发，采用非线性相位恢复波前重建方案。非线性曲率波前传感器（nlCWFS）通过充分利用光瞳平面中的波前空间相干性，接近由基础物理学施加的理论灵敏度极限。由自然星光形成的干涉散斑对波前像差进行编码，其灵敏度由望远镜的衍射极限λ/D设定，而不是更传统的线性WFSs的可见极限。闭环自适应光学模拟结果表明，在mV = 13的自然导星上，使用nlCWFS，在8米望远镜上可以达到100 nm RMS波前误差。nlCWFS技术最适合于明亮的自然引导星上的高精度自适应光学。因此，这是一个有吸引力的技术，考虑直接成像的系外行星和磁盘附近的恒星，其中实现的性能是由波前控制精度，和精致的控制低阶像差是必不可少的高对比度日冕成像。性能增益来自模拟，并简要讨论了高速重建算法的方法。
2009-11-06 astro-ph.IM
Estimating Atmospheric Wind Speeds From Gemini Planet Imager AO Telemetry
本文提出利用伪开环波前传感器斜率，通过时空协方差图和离焦项功率谱密度两种方法估算大气有效风速，并结合模拟与 Gemini Planet Imager 遥测数据进行验证。
2024-10-02 astro-ph.IM
Multiple spatial frequencies wavefront sensing
我们描述了将空间频率扰动分裂成某种光瞳平面波前传感器的概念。除了现有的丢弃较高空间频率以抑制混叠效应的方法（所谓的空间滤波的Shack-Hartmann）之外，我们指出，可以以适当的方式处理这些空间频率的分离和混合，以便表现出一些实际或基本的优点。在这个框架中，我们描述了这类概念背后的想法，我们推导出有用的关系，以确定是否，在何种程度上，在什么样的价值函数，这些设备可以优于现有的传统传感器。
2018-08-01 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
Development of binary shaped pupil mask coronagraph for the observation of exoplanets
直接观测太阳系外行星（系外行星）对于了解行星系统如何诞生，如何进化以及最终识别这些行星上的生物特征至关重要。然而，中心恒星和相关行星之间巨大的流量对比是直接观测的主要困难。这就需要开发出可以改善恒星和行星之间对比度的恒星日冕仪。在各种各样的日冕仪中，我们重点研究了一种二元形状的瞳孔掩模日冕仪。使用这种日冕仪的原因是对指向误差的鲁棒性，基本上是消色差的，并且相对简单。我们进行了一些电晕放电实验，使用真空室和棋盘掩模，一种二进制形状的瞳孔掩模，没有主动波前控制。我们证明了PSF减法对于提高二进制形状的光瞳掩模冠状掩模的对比度是潜在有益的，该冠状掩模在与多色/宽带光源的对比度方面产生了显著的改善，并且用于实际使用的新的独立掩模提供了改善对比度的优异性能。我们完成了使日冕仪适合实际使用的必要任务。最后，我们为更真实的日冕观测进行了验证试验。
2012-01-10 astro-ph.IM
Strategy for sensing petal mode in presence of AO residual turbulence with pyramid wavefront sensor
本文研究极大望远镜自适应光学中花瓣模式的测量问题，提出在未调制金字塔波前传感器尖端添加针孔空间滤波器以抑制大气残余干扰，并通过端到端仿真验证其作为花瓣测量仪的有效性。
2024-01-15 astro-ph.IM
Assessing Phase Reconstruction Accuracy for Different Nonlinear Curvature Wavefront Sensor Configurations
本文首次系统探索了非线性曲率波前传感器（nlCWFS）测量平面的位置、数量和空间采样，发现原始对称四平面配置在广泛视宁度下精度最高且耗时最短，为未来传感器设计提供了重要指导。
2023-10-04 astro-ph.IM physics.optics
Pupil aberrations correction of the afocal telescope for the TianQin project
天琴是一个计划中的中国天基引力波（GW）观测站，频率范围为10-4至1 Hz。光学望远镜对于测量光束的传输至关重要，以支持对检测质量之间的精确距离测量。由于设计是由干涉位移灵敏度要求驱动的，因此光程长度（OPL）的稳定性控制在衍射极限成像质量的传统要求之外是极其重要的。在望远镜系统中，由于波前畸变和角度失调引起的光学参量变化会产生反复出现的倾斜-长度（TTL）耦合噪声。瞳孔像差是了解OPL规范并进一步抑制TTL耦合噪声的首选选项。为了校正瞳孔像差，我们将瞳孔像差理论与传统像差理论相结合，推导出级数展开形式的初级瞳孔像差，并对评价函数进行了改进。利用商业光学软件Zemax中的宏程序实现了光瞳像差的自动校正，从而实现了高性能的望远镜设计。设计结果表明，该系统的光瞳像差得到了校正，光学性能满足天琴工程的要求。在整个科学视场范围内，波前均方根误差小于λ/200，TTL耦合噪声最大值为0.0034nm/urad。我们相信，我们的设计方法可以很好地指导空间望远镜的设计在任何其他天基GW探测项目，以及其他类似的光学系统。
2023-03-06 astro-ph.IM physics.optics
Estimation of the dome seeing from results of the optics quality tests with Shack-Hartman wavefront sensor
Shack-Hartman波前传感器是为2.5米SAI望远镜的最终验收而设计的，它允许使用明亮的恒星测量望远镜出射光瞳上的波前形状。波长为532 nm的参考激光源用于测量。在不同望远镜上测试该设备的过程中，人们发现了估计圆顶中气流的一些特性的可能性。对三个圆顶进行了这种估计：乌兹别克斯坦迈达纳克天文台的1.5米AZT-22和1.0米蔡司望远镜，以及乌克兰克里米亚天文台的2.6米望远镜ZTSh。对于圆顶中最慢的流，获得了以下结果：AZT-22的β=0.34”，Zeiss-1000的β=0.67”，ZTSh的β=0.69”。
2011-01-20 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
Optimizing the accuracy and efficiency of optical turbulence profiling using adaptive optics telemetry for extremely large telescopes
地面望远镜上的先进自适应光学（AO）仪器需要精确了解作为高度函数的大气湍流强度。该信息有助于点扩散函数重建、AO时间控制技术，并且是宽场AO系统所需的，以优化所观察到的波前的重建。大气的多变性使得实时测量光学湍流廓线变得重要。该测量可以通过将解析生成的协方差矩阵拟合到Shack-Hartmann波前传感器（SHWFS）质心的互协方差来执行。在这项研究中，我们探讨了减少交叉协方差数据点的协方差地图感兴趣区域（ROI）的好处。还介绍了一种使用协方差图ROI来测量和补偿SHWFS未对准的技术。我们比较的协方差矩阵和地图ROI光学湍流轮廓使用模拟和天空数据从加那利群岛，AO演示的4.2米威廉赫歇尔望远镜，拉帕尔马的准确性。对天空的CANARY结果进行了比较，从立体SCIDAR-一个专用的高分辨率光学湍流剖面仪同期配置文件。结果表明，协方差图ROI优化AO遥测光学湍流剖面的精度。此外，我们表明，协方差图ROI减少了一个非常大的望远镜规模的系统的拟合时间的一个因素的72。我们开发的用于收集所有呈现结果的软件包现在是开源的。
2019-01-17 astro-ph.IM
An analysis of stellar interferometers as wavefront sensors
本文介绍了一种新的方法的基本原理和理论关系，该方法可以用来恢复地面或空间望远镜在主光瞳与第二偏心参考光臂结合时的波前误差（WFE）。然后，通过各种数值模拟，估计了这种“望远镜-干涉仪”的测量精度。除了在望远镜光瞳边缘附近的有限区域之外，显示出高性能。特别是，它允许直接相位评估（从而避免使用一阶或二阶导数），这对于未来巨型望远镜项目中分段镜的共相位特别感兴趣。最后，我们定义了有用的实用域的方法，这似乎是更好地适合于定期诊断的空间或地面的望远镜，或实时的科学观测，在一些非常特殊的情况下（例如，在太阳系外行星搜索仪器的中心恒星）。
2005-10-25 astro-ph astro-ph.IM physics.optics
Simultaneous phase and amplitude aberration sensing with a liquid-crystal vector-Zernike phase mask
我们提出了一个增强版的泽尼克波前传感器，同时测量相位和振幅像差。“矢量泽尼克”波前传感器由图案化的液晶掩模组成，该掩模通过在相反圆偏振上以相反符号作用的消色差几何相位在点扩散函数核上施加$\pm π/2$相位。在分离圆偏振之后，随后的瞳孔强度图像用于重建入射波前的相位和振幅。我们演示了与单色实验室测量的复杂波前的重建，并在模拟中显示了高达$100\%$的带宽的高精度和灵敏度
2018-12-17 astro-ph.IM
Sensing and control of segmented mirrors with a pyramid wavefront sensor in the presence of spiders
望远镜瞳孔的分割（通过蜘蛛和分割的M4）在波前传感器（WFS）上创建了由蜘蛛宽度隔离的相位区域，打破了波前的空间连续性。金字塔WFS（PWFS）对差动活塞的差的灵敏度导致差的可见性并且因此导致不可控的差动活塞。在闭环操作中，段之间的差动活塞将稳定在平均感测波长的整数值附近。差动活塞的范围通常为传感波长的一到十倍，并随时间迅速变化，导致性能极差。此外，由大气湍流产生的像差将包含节段之间的大量差动活塞。去除每个DM段上的活塞贡献导致性能差。为了减少不必要的差分活塞的影响，由AO校正注入，我们比较了三种不同的方法。我们首先限制自己仅使用PWFS测量的信息，特别是通过减少调制。我们表明，合理地使用这些信息是重要的，但还不够。我们讨论了可能的改进方法，通过使用先验信息。第二种方法是基于DM命令的相位闭合，并假设校正波前在整个未分割瞳孔上的连续性。最后一种方法是基于成对从动的边缘执行器，并显示出最好的结果。我们比较这些方法的性能，使用现实的端到端的模拟。我们发现，成对的奴隶导致一个小的总波前误差的增加，只增加了20-45 nm RMS之间的正交看到0.45-0.85弧秒之间的条件。最后，我们讨论了结合不同的解决方案，以提高鲁棒性的可能性。
2018-09-24 astro-ph.IM
Projected Pupil Plane Pattern (PPPP) with artificial Neural Networks
在自适应光学（AO）系统中使用单个激光导星（LGS）时，聚焦非等晕性是一个显著的测量误差，特别是对于下一代超大型望远镜。另一种称为投影光瞳平面图案（PPPP）的LGS配置通过在望远镜的整个光瞳上发射准直激光束来解决这个问题。如果使用线性模式重建器，高激光功率要求（$\sim1000\,\mbox{W}$）使PPPP与激光断层扫描AO相比缺乏竞争力。这项工作讨论了缓解激光功率的要求，通过使用人工神经网络（NN）作为一个非线性重建。我们发现，非线性神经网络降低了所需的测量信噪比（SNR）显着降低PPPP激光功率要求$\sim200\,\mbox{W}$有用的剩余波前误差（WFE）。在这个功率水平上，当湍流廓线的$r_0=0.098$ \，m和$0.171$ \，m分别代表ESO帕拉纳尔天文台的条件时，WFE变为160\，nm均方根（RMS）和125\，nm RMS。此外，它示出，作为一个非线性重建器，NN可以执行有用的波前传感使用从一个高度作为输入，而不是两个配置文件所需的线性重建器作为最小值的光束轮廓。
2019-05-23 astro-ph.IM physics.data-an
Wavefront sensing with a Gradient Phase Filter
本文提出基于透明梯度相位滤波器的 Crossed-sine phase sensor（CSPS），以 Fourier 光学描述其原理，并通过模拟证明其兼具高空间分辨率与 Lambda/100 RMS 精度。
2024-07-03 astro-ph.IM physics.optics
ALF: an asymmetric Lyot wavefront sensor for the ELT/METIS vortex coronagraph
针对METIS涡旋日冕仪，提出结合非对称Lyot光阑与机器学习的波前传感方法，以解决非共路像差和大气水汽湍流问题，提升高对比度成像性能。
2024-07-19 astro-ph.IM
Design of pre-optics for laser guide star wavefront sensor for the ELT
本文研究了用于激光导引恒星波前传感器主动再聚焦的变焦系统的光学设计。该系统是根据来自欧洲（E）-ELT的第一光积分场摄谱仪-极大望远镜（ELT）-HARMONI仪器的规格设计的。该系统必须根据望远镜指向和入射光束的大偏心来提供激光引导的重新聚焦。该系统考虑了四个移动透镜组，它们中的每一个都是具有一个非球面表面的双合透镜。这种解决方案的优点和缺点方面的组件位移和复杂的表面进行了详细描述。实验结果表明，该系统的波前残余误差的中值为13.8- 94.3nm，最大值<206 nm，出瞳畸变率为0.26-0.36%。
2017-11-16 astro-ph.IM
