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
Optimization of starshades: focal plane versus pupil plane
我们寻找最好的传输外部掩星日冕仪，致力于直接观测类地系外行星。我们表明，更好的观测条件时，在焦平面中的通量最小化的区域中，观察到的系外行星，而不是总通量接收到的望远镜。我们描述了作为一个基础函数的总和的掩模的传输。对于每个基元，我们数值计算了望远镜孔径处的菲涅耳衍射和焦点处的复振幅。基函数是在几厘米范围内线性变迹的圆盘（截锥）。我们补充了这些功能的菲涅耳衍射的数值计算与纯圆盘（圆柱体）的解析表达式的基础上，在Lommel系列的分解，是可用的比较。对于给定的光谱带宽，导出最佳透射的技术是经典的强度的正则化二次最小化，但是也可以使用线性优化。最小化望远镜孔径或焦平面选定区域的积分强度，会导致掩星器的透射率略有不同。对于焦平面优化，所得到的剩余强度集中在掩星的几何图像后面，在用于观测系外行星的盲区中，并且背景剩余星光的水平在该图像之外变得非常低。最后，我们提供了一个公差分析的掩模对准的望远镜，这也有利于焦平面的优化。这意味着，几分米的望远镜偏移不会强烈降低掩模的效率。
2014-07-24 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
An iterative wave-front sensing algorithm for high-contrast imaging systems
焦平面多重像波阵面检测是高对比度成像系统中一种很有前途的技术。然而，光学系统的波前误差只有在很小的情况下才能被正确地重构。本文提出了一种直接从一幅焦平面图像测量大静态波前误差的迭代优化算法。我们首先测量光瞳像的光强，得到系统的光瞳函数，并在焦平面上获得具有待测相位误差的像差。然后对被测光瞳函数引入动态相位，计算焦平面上再现像的相关光强。该算法以感生相位为优化变量，以最小化焦平面上重建像与测试像差之间的光强差为目标。仿真结果表明，该算法理论上可以实现高精度的波前重构，为高对比度成像系统的波前检测提供了一种有效的方法。
2010-09-14 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
Pupil Plane Phase Apodization
相位变迹日冕仪在光瞳平面中实现，以在科学相机焦平面中创建暗孔。他们成功地创建为“切趾相位板”（APP）使用经典的光学制造，并作为“矢量APP”使用液晶图案基本上消色差的性能。这种类型的日冕物质目前在地面望远镜上以小的角间距（几个$λ/D$）提供出色的宽带对比度（$\sim$ 10 $^{-5}$），这是由于它们对倾斜/倾斜误差不敏感。
2018-07-30 astro-ph.IM
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
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
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
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
Wavefront retrieval through random pupil plane phase probes: Gerchberg-Saxton approach
提出了一种基于焦平面图像序列的光瞳面波前重建方法，该焦平面图像序列对应于随机光瞳面相位探针序列。所开发的方法提供了独特的非平凡的波前恢复问题的解决方案，并显示出全局收敛到这个解决方案证明使用Gerchberg-Saxton实现。该方法是通用的，并且可以用于任何包括用于主动/自适应波前校正的可变形反射镜的光学系统。数值模拟和实验结果表明，该方法具有较低的噪声敏感性、较高的可靠性和鲁棒性，可实现高质量的光学波前复原。实验室实验表明，$λ$ /14 rms的准确性，在检索的戳DM致动器基准图案的空间分辨率为20-30 $~μ$ m，这是可比的直接高分辨率干涉测量的准确性。
2018-11-09 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
Spectroscopic fourth-order coronagraph for the characterization of terrestrial planets at small angular separations from host stars
我们提出了一种新的方法，用于高对比度成像的衍射极限使用分段望远镜在一个适度的观察带宽。这个概念，命名为“光谱四阶日冕照相术”，是基于一个四阶日冕与焦平面掩模，沿一个方向调制的艾里盘的复振幅。虽然日冕仪应用复振幅掩模可以实现任何瞳孔的理论极限性能，但焦平面掩模严重限制了带宽。在这里，聚焦于焦平面掩模沿一个方向调制复振幅的事实，我们注意到掩模可以针对摄谱仪产生的每个光谱元素进行优化。我们将四阶日冕仪与两台摄谱仪相结合，在焦平面上产生恒星光谱，并在Lyot光阑上重建白色瞳孔。基于对Offner型成像光谱仪光学设计的波前分析，我们发现，对于LUVOIR望远镜的入射光瞳，在650 - 750 nm波长范围内，在1.2 - 1.5倍衍射极限处，该概念可实现的对比度为10^{-10}。因此，这个日冕的概念不仅可以在20 - 30秒差距以上的G-和K-型恒星周围，而且可以在非常接近的M-型恒星周围带来新的宜居行星候选者。这种方法有可能促进未来轴上和离轴分段大型望远镜对附近类地行星大气层的表征。
2020-12-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Calibration of the island effect: Experimental validation of closed-loop focal plane wavefront control on Subaru/SCExAO
岛效应（IE）像差是由地基望远镜上相邻光瞳段之间的差分活塞、尖端和倾斜引起的，这严重限制了最近部署的系外行星成像仪上对星周环境的观测（例如，VLT/SPHERE、Gemini/GPI、Subaru/SCExAO）。这些像差是由望远镜蜘蛛水平的空气温度梯度引起的，最近在VLT/SPHERE上成功诊断出了这些像差，但到目前为止还没有进行完整的校准来克服这个问题。我们提出了闭环焦平面波前控制的基础上的非对称傅立叶光瞳波前传感器（APF-WFS），以校准这些像差，并提高图像质量的系外行星高对比度仪器在IE的存在。假设原型的四象限孔径几何形状在8米级望远镜，我们描述这些像差的活塞，提示，和倾斜的独立模式分布在每个象限的望远镜光瞳的总和。我们校准这些模式与APF-WFS之前，介绍我们的波前控制闭环操作。我们进行数值模拟，然后使用斯巴鲁/SCExAO在一个真实的系统上进行实验测试，以验证我们的控制回路在实验室和天空。APF-WFS的闭环操作使得能够在模拟中和实验室中对小像差区域进行IE补偿。在近红外校准的基础上，我们观察到在可见光范围内的SCExAO/VAMPIRES模块的图像质量的改善与图像Strehl比的37%的相对增加。我们的第一个IE校准为最大限度地提高当前系外行星成像仪的科学操作铺平了道路。这种方法及其结果在极大望远镜（ELT）和类似人工制品的存在下也证明是非常有前途的。
2017-12-11 astro-ph.EP 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
Pushing Point spread function reconstruction to the next level. Application to SPHERE/ZIMPOL
点扩散函数（PSF）重建（PSF-R）是一种成熟的技术，用于从自适应光学（AO）控制回路数据可靠且准确地确定PSF。我们已经成功地应用这种技术，以提高精度的测光和天体测量的观测NGC 6121获得的SPHERE/ZIMPOL，因为它将在即将到来的信。首先，我们介绍了使用我们的PSF-R方法PRIME（Beltramo-Martin et al. 2019）结合光瞳平面和焦平面测量重建PSF的方法，与之前的论文相比，模型和最佳拟合步骤都进行了升级。其次，我们强调，PRIME允许保持PSF拟合残差低于0.2%，超过2小时的观察，仅使用30秒的AO遥测，这可能对未来30-40米级望远镜的PSF-R遥测存储的重要后果。最后，我们部署PRIME在一个更现实的制度，使用微弱的恒星，以确定所需的精度对初始猜测参数，以确保收敛到最优解。
2020-01-28 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
Focal-plane wavefront sensing with high-order adaptive optics systems
我们研究了在具有波前校正装置的自适应光学系统中校准非共路像差的方法，该波前校正装置以极高的分辨率（大于150 × 150）工作。我们使用连续收集的焦平面图像，相应的相位分集信息和数值有效的算法来计算所需的波前更新。迭代地应用波前校正，直到算法收敛。研究了不同的方法。除了标准的Gerchberg-Saxton算法之外，我们还测试了Fast & Furious算法的扩展，该算法使用三幅图像并创建瞳孔幅度的估计。我们还测试了最近提出的相位恢复方法的基础上凸优化。结果表明，在我们考虑的框架中，使用类似于Fast & Furious的算法，校准任务是最简单的。
2014-09-12 astro-ph.IM physics.optics
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
Focal Plane Wavefront Sensing using Residual Adaptive Optics Speckles
光学缺陷、未对准、像差甚至灰尘会显著限制高对比度成像系统（如日冕仪）的灵敏度。在光瞳中的上游可变形反射镜（DM）可以用来校正或补偿这些缺陷，以提高Strehl比或抑制残留的日冕晕。在科学相机的星光晕的相位和振幅的测量是必不可少的，以确定DM形状，补偿任何非公共路径（NCP）波前误差。提出了利用DM位移波纹在空间日冕仪焦平面上产生探测散斑和反晕散斑的方法，并在实验室中得到了成功的验证。我们提出的理论和第一次在天空演示的技术来测量复杂的晕使用快速变化的残留大气散斑在6.5米MMT望远镜使用Clio中红外相机。利用自适应光学系统的波前传感器（WFS）测量来估计剩余波前，从而近似计算出快速演化的散斑晕的相位和振幅。当与相对较短的同步科学相机图像相结合时，复杂的散斑估计可以用于干涉分析图像，从而估计包括NCP效应的静态衍射晕。在一个运行系统中，这些信息可以被连续地收集，并用于迭代地校正准静态NCP误差或抑制不完美的日冕晕。
2013-03-03 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
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
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
SLM-based Active Focal-Plane Coronagraphy: Status and future on-sky prospects
我们最近开始研究硅基液晶（LCOS）空间光调制器（SLM）如何作为可编程焦平面相位掩模（FPM）日冕仪。这种“自适应日冕仪”可能有助于适应观测条件，但也可以解决特定的科学案例（例如双星）。主动FPM可以在分段望远镜瞳孔的背景下发挥作用，或者实现同步相干差分成像（CDI）。我们提出了这项工作的状态更新，特别是早期的宽带对比度性能的结果，使用我们新的瑞士宽带主动测试床高对比度成像（SWATCHi）设施。最后，我们推出了即将推出的近红外PLACID仪器，这是土耳其4米DAG天文台的可编程液晶自适应日冕成像仪，计划于2022年底首次亮相。
2021-02-05 astro-ph.IM physics.ins-det
A simulator-based autoencoder for focal plane wavefront sensing
仪器像差严重限制了系外行星的高对比度成像，特别是当它们在科学图像中产生准静态斑点时。在深度学习最新进展的帮助下，我们在以前的工作中开发了一种方法，该方法应用卷积神经网络（CNN）从点扩散函数（PSF）估计光瞳平面相位像差。在这项工作中，我们进一步将仪器内部发生的光学传播的物理模拟纳入深度学习架构。这是通过自动编码器架构实现的，该架构使用可微分光学模拟器作为解码器。由于这种无监督学习方法重建了PSF，因此不需要知道真实相位来训练模型，这使得它特别适合于天空应用。我们表明，我们的方法的性能几乎与标准的CNN方法相同，并且模型在训练和鲁棒性方面足够稳定。我们特别说明了我们如何通过快速微调单个测试图像上的模型来受益于基于模拟器的自动编码器架构，当PSF包含更多噪声和像差时，可以实现更好的性能。这些早期的结果是非常有希望的，并确定了未来的步骤，将该方法应用于实际数据。
2022-11-11 astro-ph.IM
Quantifying telescope phase discontinuities external to AO-systems by use of Phase Diversity and Focal Plane Sharpening
我们提出并应用两种方法来估计光瞳平面相位不连续性的两个现实的情况下VLT和凯克。该方法使用相位分集和图像锐化的形式。对于VLT的情况下，我们模拟了“低风效应”（LWE），这是负责在低风和良好的视宁度条件下的SPHERE系统中的焦平面误差。我们成功地估计模拟LWE使用这两种方法，并表明它们是互补的。我们还证明，单图像相位分集（也称为相位恢复与多样性）也能够估计模拟LWE时，使用自然散焦的SPHERE/DTTS成像仪。我们证明，相位分集可以估计LWE在30 nm RMS WFE内，这是在允许的公差范围内，以实现10 $^{-6}$的目标SPHERE对比度。最后，我们模拟了153 nm RMS的活塞误差的镜段凯克和产生NIRC 2图像受到这些影响。我们表明，一个单一的，不同的图像与1.5波（PV）的重点，可以用来估计这一误差在29纳米RMS WFE，和一个完美的校正，我们的估计将增加斯特列尔比的NIRC 2图像的12\%。
2017-07-20 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
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
Focal plane $C_n^2(h)$ profiling based on single conjugate adaptive optics compensated images
大气湍流在望远镜视线中的知识是至关重要的宽视场观测辅助自适应光学（AO），其中的点扩散函数（PSF）成为强烈的拉长，由于非等晕效应。这一点必须准确地建模，以推断整个视场（FOV）的任何位置的PSF，并提高科学利用。然而，非等晕性是Cn2（h）曲线的函数，无法通过单共轭AO遥测直接获得。人们可能依赖于外部轮廓仪，但最近的研究强调了AO内部测量的差异超过10%，而我们的目标是PSF建模的准确性超过1%。为了解决这个现有的限制，我们提出了焦平面轮廓（FPP），作为一个$C_n^2(h)$轮廓的方法，依赖于后AO焦平面图像。我们证明了这种方法符合$C_n^2(h)$估计的精度为1%的水平，并建立这种精度如何变化的校准恒星的幅度和位置在该领域。我们强调，测光和天体测量误差，由于PSF错误建模分别达到1%和50μ作为使用FPP的凯克基线，初步校准使用的恒星的星等H=14在20”。我们还验证了这一概念，使用加拿大NRC-Herzberg HENOS试验台图像比较FPP检索与替代$C_n^2(h)$测量HeNOS。FPP方法允许使用SCAO系统对$C_n^2(h)$进行分析，并显著改善PSF表征。这种方法也是ELT尺寸兼容，并将外推到层析成像系统在不久的将来。
2018-08-31 astro-ph.IM
High Speed Focal Plane Wavefront Sensing with an Optical Chopper
焦平面波前检测与控制是减小天文自适应光学波前传感器（WFS）探测器与科学相机之间非共路误差的关键途径。然而，除了减轻非公共路径误差之外，最近的焦平面波前感测技术已经被开发为以足够快的速度操作以实现“多WFS”AO，其中残余大气误差由焦平面WFS进一步校正。虽然一些这样的技术最近已经开发了冠状成像，在这里，我们提出了一个非冠状成像设计。利用传统的AO系统部件，该概念另外需要（1）对WFS光源的焦平面成像的检测器和（2）光瞳平面光学斩波器装置，该光瞳平面光学斩波器装置是到第一WFS的非公共路径并且与焦平面成像器读出同步。这些最小的硬件要求使得时间振幅调制能够解决低、中和高波前空间频率的偶数波前模式的正弦模糊性。类似的能力已经证明了经典的相位分集散焦检测器，但这样的技术是不兼容的同时科学观测。然而，这种光学斩波技术使科学成像的占空比高达50%。我们提出了模拟和实验室验证这一概念的SEAL，圣克鲁斯极端AO实验室试验台。
2023-02-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Active focal plane phase mask coronagraphy with a discrete pixelated device: I. Study of the theoretical performance trade space
University of Bern（伯尔尼大学）；Université Paris Cité, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS（巴黎西岱大学，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心）
本文研究采用像素化离散焦平面掩膜的主动日冕仪性能，明确其主要误差源与限制参数，指出该类器件适用于地基高对比度成像，相关结论也适用于其他离散像素化焦平面相位掩膜。
2026-09-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Liger at Keck Observatory: Design of Imager Optical Assembly and Spectrograph Re-Imaging Optics
Liger是一种自适应光学（AO）馈入成像仪和积分场摄谱仪（IFS），旨在利用凯克全天精密自适应光学（KAPA）升级为W. M。凯克天文台。我们提出了设计和分析的成像器光学组件，包括光谱仪重新成像光学（RIO），它将光束路径从成像器焦平面的IFS切片模块和小透镜阵列。每个成像器部件和前两个RIO机构被组装并单独对准在同一光学板上。挡板抑制背景辐射和散射光，瞳孔观察相机允许成像器探测器聚焦在望远镜瞳孔的图像上。光学板安装在适配器框架上，用于整个系统的对准。成像仪和RIO将在安装到最终科学低温恒温器之前在低温测试室中进行表征。
2022-08-16 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
The self-coherent camera as a focal plane fine phasing sensor
对类地系外行星的直接成像需要高对比度成像能力和高角分辨率。主镜分段是大口径望远镜的一个关键技术解决方案，因为它为显著提高角分辨率开辟了道路。这些片段通过主动光学系统保持对准，该系统必须将片段错位减少到几十nm RMS以下，以实现天文科学计划所需的高光学质量。同相技术的发展对于下一代空间和地面分段望远镜是强制性的，这两种望远镜都需要提高空间分辨率。我们提出了一种新的焦平面同相传感器，利用科学图像的日冕仪检索同时活塞和倾斜倾斜失调。自相干相机定相传感器（SCC-PS）充分结合SCC属性分段望远镜架构与适应段未对准估计器和图像处理。概述了系统的架构，和一个彻底的性能和灵敏度分析，包括闭环效率，通过数值模拟。SCC-PS同时估计活塞和倾斜不对准，并在闭环操作中进行校正。SCC-PS不需要任何关于段边界或任何专用光路处的信号的先验知识。它对未对准具有适度的敏感性，对光瞳剪切几乎没有敏感性，并且对段间隙和边缘效应不敏感。主镜相位可以通过明亮的自然导星来实现。SCC-PS是一种非侵入性概念，是图像域的有效定相传感器。这是一个有吸引力的候选人段同相在仪器一级或在望远镜一级，通常设想在目前的空间和地面观测站。
2016-06-09 astro-ph.IM
Imaging power of multi-fibered nulling telescopes for extra-solar planet characterization
在本文中讨论了调零和成像性能的单片光瞳望远镜配备了一个焦平面波导阵列，这可以设想为前驱空间任务，为未来调零干涉仪或日冕仪寻找我们的太阳系外的宜居行星。三种不同的概念调零望远镜进行审查，即超分辨望远镜（SRT）具有多个，非重叠的出口子孔径和剪切光瞳望远镜（SPT），无论是unmasked或掩盖Lyot停止放置在其出射光瞳平面。对于每种情况下，简单的理论关系，允许估计零化率，信噪比（SNR）和内工作角（IWA）的望远镜建立或召回，并进行数值模拟。本研究的初步结果表明，最有前途的设计应该是一个SRT的高辐射效率与足够的泄漏校准程序，或掩蔽SPT潜在的更深的归零率，但较低的SNR，这取决于什么样的性能是首选。
2011-07-22 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
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
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
MOSAIC at ELT: Design and First Prototyping of Novel Robotic Optical-Relay Positioners
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Haute Ecole du Paysage, d’Ingénierie et d’Architecture de Genève (HEPIA)（日内景观、工程与建筑高等学院）；Durham University（杜伦大学）；University of Sao Paulo（圣保罗大学）；University of Oxford（牛津大学）；STFC RALSpace, Rutherford Appleton Laboratory（英国科技设施委员会RAL空间部，鲁瑟福阿普尔顿实验室）；ASTRON（荷兰射电天文研究所）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Univ Toulouse（图卢兹大学）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Observatoire de Paris（巴黎天文台）；PSL University（巴黎文理研究大学）；Isaac Newton Group of Telescopes（艾萨克·牛顿望远镜组）；STFC UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory（英国科技设施委员会英国天体物理技术中心，皇家天文台）
本文介绍了为极大望远镜ELT设计的MOSAIC多目标光谱仪中约300个机器人定位器的创新设计，包括中继镜、自适应指向和独立大气色散校正，并展示了初步原型和性能结果。
2026-09-28 astro-ph.IM
Phantom Zernike Wavefront Sensor: Phase Contrast with Engineered Focal Plane Reference Speckles
Australian Astronomical Optics, Macquarie University（澳大利亚天文光学，麦考瑞大学）；The Astrophysics and Space Technologies Research Centre, School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理学院天体物理与空间技术中心）；Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）
该研究提出幻影泽尼克波前传感器（phantom ZWFS），通过人工焦面参考散斑拓展相位对比波前传感，构建混合传感器，在大活塞偏移时提升波前重建精度与编码性能。
2026-10-12 astro-ph.IM physics.optics
The spectrally modulated self-coherent camera (SM-SCC): Increasing throughput for focal-plane wavefront sensing
对类地系外行星的探测和定性是下一代望远镜的主要科学驱动力之一。当前的直接成像仪器受到不断发展的非共路像差（NCPA）的限制。必须使用科学焦平面图像来补偿NCPA。一种有前途的传感器是自相干相机（SCC）。SCC修改电晕放电中的Lyot停止以引入探针电场。然而，由于对针孔分离的要求，SCC具有弱的探针电场。提出了一种光谱调制自相干相机（SM-SCC）作为吞吐量问题的解决方案。SM-SCC使用带光谱滤光片和二向色分束器的针孔，其在有和没有探头电场的情况下创建图像。这允许针孔被放置得更靠近光瞳边缘并且增加吞吐量。将SM-SCC与积分场单元（IFU）相结合可用于将更复杂的调制图案应用于针孔和Lyot光阑。具有至少三个光谱通道的调制方案（例如IFU）可以用于将针孔改变为具有更高吞吐量的任意孔径。数值模拟表明，SM-SCC增加了针孔吞吐量的一个因素的32，这增加了波前传感器的灵敏度的一个因素的5.7。在存在光子噪声、相位误差和幅度误差的情况下，对于闭环控制中的亮目标，SM-SCC达到了$1\cdot10^{-9}$的对比度。较暗目标上的对比度底是光子噪声限制的，并且达到$1\cdot10^{-7}$。对于明亮的目标，SM-SCC-IFU在具有光子噪声、幅度误差和相位误差的闭环控制中达到$3\cdot10^{-9}$的对比度。SM-SCC是一种很有前途的焦平面波前传感器，用于通过积分场光谱或双波…
2021-12-08 astro-ph.IM physics.optics
The Focal-plane Actualized Shifted Technique Realized for a Shack Hartmann Wavefront Sensor (fastrSHWFS)
针对自适应光学环路中探测器读出延迟问题，本文提出fastrSHWFS，用光瞳平面相位掩模替代微透镜阵列以优化光斑排布，实验室验证其可将读出时间最多降低30倍。
2024-06-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Focal-plane wavefront sensing with photonic lanterns II: numerical characterization and optimization
本研究对3至19端口少模光子灯笼波前传感器开展数值表征，分析光束整形元件、涡旋掩模的影响，得出其线性范围与最大可处理波前误差，并提出提升性能与优化设计的相关策略。
2023-11-02 astro-ph.IM physics.optics
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
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
Focal plane wavefront control with model-based reinforcement learning
European Southern Observatory (ESO)（欧洲南天文学观测站）；STAR Institute, Université de Liège（利根大学STAR研究所）
提出基于模型的强化学习算法PO4NCPA，通过顺序相位分集自动校正动态和静态非共路像差，实现高对比度成像中的焦平面波前控制。
2026-04-01 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
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
Reaching micro-arcsecond astrometry with long baseline optical interferometry; application to the GRAVITY instrument
长基线干涉测量的一个基本原理是将光程差（OPD）直接转换为天体测量。在最简单的情况下，OPD等于连接两个望远镜的矢量与指向恒星的归一化矢量之间的标量积。然而，对这个标量积的过于简单的解释导致了看似矛盾的结果，这里称为“基线悖论”。对于微弧秒精度的天体测量，我们必须完全模拟计量测量。它涉及到一个受多种光学效应影响的复杂系统：从纯基线误差到静态、准静态和高阶光学像差。本文的目的是提出的“广义相对论分析通过VLT干涉测量”仪器（重力），以尽量减少这些缺陷所引入的偏见所使用的策略。给出了基线误差和倾斜误差对天体测量影响的解析公式。该公式依赖于三种基线的极限点：广角基线、窄角基线和成像基线。我们还，数值上，包括非共路高阶像差，其幅度在技术时间在甚大望远镜干涉仪测量。最后，我们模拟高阶共路像差的影响，由于大气残差计算蒙特卡罗模拟工具的自适应光学系统。这项工作的结果是由多个光学缺陷，包括光学色散引起的偏差的误差预算。我们表明，通过焦点和瞳孔跟踪的光束稳定是至关重要的重力系统。假设仪器瞳孔在M1上稳定在4 cm水平，并且场跟踪低于0.2 $λ/D$，我们表明重力将能够达到其目标10 $μ$作为精度。
2014-05-24 astro-ph.IM
Striving towards robust phase diversity on-sky: Implementing LIFT for VLT/MUSE-NFM
针对 VLT/MUSE-NFM 中 LIFT 受强多色 NCPA 影响的问题，提出先由实测焦面 PSF 校准 NCPA、再反演倾斜与离焦的两阶段方法，并通过仿真和实测验证其低通量下的精度与实用价值。
2024-06-12 astro-ph.IM
On-sky low order non-common path correction of the GPI Calibration Unit
双子座行星成像仪（GPI）进入天空调试阶段，并于2013年11月在双子座南望远镜首次亮相。同时，XAO（Extreme自适应光学）系统的大气校正快速环路在不同星等（I=4-8）、仰角和视宁度条件下对几十颗恒星进行了闭合，并从一开始就实现了稳定的环路性能。最终的对比度性能需要非常低的残余波前误差（设计目标60 nm RMS），而行星发现仪器在不同末端的优化才刚刚开始加深和扩大其黑洞区域。实验室原始对比度基准值为10^-6或更小。在望远镜环境和标准操作中，面临着新的挑战（改变重力，温度，振动），这些挑战可以通过各种技术来解决，例如卡尔曼滤波，开环模型，以保持对准在5个质量内，散斑归零和校准单元（CAL）。CAL装置是由喷气推进实验室专门设计的，通过两个波前传感器来控制变迹Lyot日冕仪焦平面上缓慢变化的波前误差：1）7 × 7低阶Shack-Hartmann SH波前传感器（LOWFS），和2）用于中阶空间频率（HOWFS）的特殊Mach-Zehnder干涉仪。非典型性在于光束通过针孔在焦平面中分裂，但在光瞳平面中用分束器重新组合。最初的设计目标是在几纳米的水平上进行传感和校正，这在望远镜环境中极具挑战性。本文主要研究了通过天空校正单元实现非共路低阶波前校正。我们将介绍所取得的成果，并解释我们面临的挑战。
2014-07-29 astro-ph.IM
The polarization-encoded self-coherent camera
通过直接成像探索星周环境以寻找类地系外行星是现代天文学的挑战之一。当前的限制之一是源自主波前传感器下游的光学器件的非共路像差（NCPA）的发展。自相干相机（SCC）是一种集成的日冕仪和焦平面波前传感器，通过在Lyot光阑中添加参考孔（RH），在焦平面中产生波前信息编码Fizeau条纹。在这里，我们的目的是表明，通过在RH中具有偏振器，并在Lyot光阑下游添加偏振分束器，RH可以放置在瞳孔旁边。我们将这种新的SCC变体称为偏振编码自相干相机（PESCC）。我们研究的PESCC的性能分析和数值计算，并比较它，在相关的SCC。我们分析表明，PESCC放宽了对焦平面采样和光谱分辨率的要求，相对于SCC的2和3.5倍，分别。此外，我们发现，通过我们的数值模拟，PESCC有效地访问$\sim$ 16倍以上的光子，这提高了波前传感的灵敏度的一个因素的$\sim4$。我们还表明，没有额外的测量，RH点扩散函数（PSF）可以使用PESCC图像进行校准，使相干差分成像（CDI）作为对比度增强后处理技术的每一个观察。在理想化的模拟（清晰的孔径，电荷两个漩涡日冕，完美的DM，没有噪声源以外的相位和振幅像差），并在类似的情况下的天基系统，我们表明，WFSC结合CDI可以实现$1σ$原始对比度$\sim3\cdot10^{-11}- 8 \cdot 10^{-11}$之间的1和18 $λ/ D$。
2021-01-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Implicit electric field Conjugation: Data-driven focal plane control
针对高对比度成像中非共路像差限制对比度的问题，提出可经验校准的隐式电场共轭（iEFC）方法，经数值模拟和MagAO-X实验验证，可实现深度对比度提升，适用于复杂地基高对比度成像系统。
2023-03-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
Photonic lantern wavefront reconstruction in a multi-wavefront sensor single-conjugate adaptive optics system
本文在SEAL测试平台验证光子灯笼作为低阶焦平面波前传感器的线性范围与闭环控制，并仿真其与调制金字塔WFS协同的多传感器AO方案。
2024-06-11 astro-ph.IM
The Circumgalactic H$α$ Spectrograph (CH$α$S) I. Design, Engineering, and Early Commissioning
环银河H $α$摄谱仪（CH $α$ S）是一台地面光学积分场摄谱仪，用于探测附近宇宙中弥漫电离气体的超微弱扩展发射。CH $α$ S特别适合于直接探测环绕低红移星系的环星系介质（CGM）中微弱的H $α$辐射。它有效地映射大区域的CGM在一个单一的曝光，针对附近的星系（d $< 35 $ Mpc）的CGM预计将填补视野。我们正在调试CH $α$ S作为MDM天文台的设施仪器。CH $α$ S部署在Hiltner 2.4米望远镜的焦平面上，利用几乎所有望远镜的无渐晕焦平面（10弧分）进行宽视场光谱成像。折反射设计提供了出色的宽视场成像性能。CH $α$ S是一种光瞳成像光谱仪，采用微透镜阵列将视场划分为$> 60,000$光谱。CH $α$ S的角分辨率为$[1.3 - 2.8]$角秒，分辨率为R $ = [10,000 - 20,000]$。因此，摄谱仪可以分辨$1-5$ kpc（10 Mpc）尺度的结构，并测量低至15-30 km/s的速度。CH $α$ S有意地在窄（30埃）带通上操作;然而，它被配置为调节中心波长并且单独地以宽范围的光发射线为目标。高衍射效率的VPH光栅确保了跨配置的高吞吐量。CH $α$ S保持高把握度和中等光谱分辨率，为映射离散的超低表面亮度发射（几毫瑞利量级）提供了理想的组合。
2022-09-29 astro-ph.GA astro-ph.IM
High contrast imaging at the photon noise limit with self-calibrating WFS/C systems
高对比度成像（HCI）系统依赖于主动波前控制（WFC）以在焦平面中提供深原始对比度，并且依赖于校准技术以通过识别残余散斑晕内的行星光来进一步增强对比度。这两个功能可以结合在HCI系统中，我们讨论了一个路径，设计HCI系统能够校准剩余星光的基本对比度限制光子噪声。我们强调了部署多个高效率波前传感器（WFSs）的价值，覆盖广泛的光谱范围和跨越多个光学位置。我们展示了如何利用它们的组合信息来同时提高WFS灵敏度和残余星光校准，理想情况下使图像平面斑点无法隐藏WFS遥测。我们演示了剩余星光校准在实验室和天空中，使用日冕仪设置，和调零光谱干涉仪。在这两种情况下，我们表明，明亮的星光可以校准残留的星光。
2021-10-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
