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
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
Laboratory comparison of coronagraphic concepts under dynamical seeing and high-order adaptive optics correction
通过直接成像和光谱学进行的系外行星科学将随着VLT（SPHERE），Gemini（GPI），Subaru（HiCIAO）和Palomar（Project 1640）天文台即将开发的新仪器而大大扩展。所有这些基于地面的自适应光学仪器将极高性能的自适应光学（XAO）系统与先进的星光消除技术（例如日冕照相术）相结合，以校正大气湍流，从而提供约10-6至10-7的对比度。虽然在过去的15年里，人们对高对比度日冕概念进行了深入的研究和发展，但很少有概念在动态视宁度条件下进行了测试（无论是在天空观测期间还是在现实的实验室环境中）。在本文中，我们讨论了四种不同的日冕-相位和振幅类型-高阶测试台（HOT），自适应光学设施在ESO开发的结果。该设施强调在望远镜中遇到的现实条件（例如，VLT），包括湍流发生器和高阶自适应光学系统。它能够评估高对比度日冕仪的性能，在近红外操作与AO校正的PSF的90%斯特列尔比下0.5弧秒的动态看到。
2011-02-15 astro-ph.IM
On-sky speckle nulling demonstration at small angular separation with SCExAO
本文介绍了第一次在天空中的斑点零化，这是在斯巴鲁望远镜的斯巴鲁日冕极限自适应光学（SCExAO）项目的背景下实现的演示。尽管没有高阶高带宽闭环AO系统，但使用SCExAO进行的观测表明，即使在较差到中等的观测条件下，即使在存在更明亮的动态散斑晕的情况下，散斑归零也可以用于抑制静态和慢速散斑，这表明实验室开发的更先进的高对比度成像算法可以应用于地面系统。
2014-05-05 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
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
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
RISTRETTO: a VLT XAO design to reach Proxima Cen b in the visible
本研究提出甚大望远镜访客仪器RISTRETTO的极自适应光学架构，采用双传感器单变形镜等设计，通过端到端仿真验证其可在可见光低风效应下实现高对比度，为近邻系外行星大气表征提供支撑。
2024-09-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics Imager: First Results and On-Sky Performance
我们提出了新的斯巴鲁Coronagaphic极端自适应光学成像仪（SCExAO）的天空结果验证和量化的对比度增益，使关键组件：闭环coronagaphic低阶波前传感器（CLOWFS）和焦平面波前控制（“斑点归零”）。SCExAO将很快与一个高阶金字塔波前传感器相结合，该传感器将产生> 90%的斯特列尔比，并在小角距下实现10^6- 10^7的对比度，使我们能够在太阳系尺度上对气体巨行星进行成像。即将到来的仪器，如VAMPIRES，FIRST和CHARIS将扩大SCExAO的科学能力。
2013-07-15 astro-ph.EP 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
Cascade adaptive optics with a second stage based on a Zernike wavefront sensor for exoplanet observations II. Validation in broadband light on the ESO/GHOST testbed
Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸天文台）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；European Southern Observatory (ESO)（欧洲南方天文台）；University of Arizona（亚利桑那大学）
针对地面高对比度成像中XAO残差限制性能的问题，提出基于Zernike波前传感器的快速第二级级联AO方案，并在宽带光下通过GHOST测试平台验证，对比度提升可达一个数量级。
2026-06-26 astro-ph.IM
RISTRETTO: coronagraph and AO designs enabling High Dispersion Coronagraphy at 2 lambda/D
RISTRETTO是将VLT仪器SPHERE和ESTERO耦合的原始想法的演变，旨在实现高色散日冕测量。RISTRETTO是一个访客仪器，它应该能够通过使用高对比度、高分辨率光谱技术，在反射光中表征附近系外行星的大气。它的目标是观测Prox Cen b和其他距离恒星约35 mas的行星，即λ = 750 nm处的2 λ/D。该仪器由极自适应光学、日冕积分场单元和衍射极限摄谱仪（R=140.000，λ =620-840 nm）组成。我们介绍了我们关于冠状动脉造影IFU和XAO系统的研究现状。第一个特别是基于PIAA切趾器的修改版本，允许在第一个衍射环上调零。我们提出的设计有可能达到> 50%的耦合和<1 E-4的对比度，在2lambda/D的中位视宁度条件。
2022-08-30 astro-ph.IM
The Programmable Liquid-crystal Active Coronagraphic Imager for the DAG telescope (PLACID) instrument: On-site status update ahead of first light
PLACID是一种新型高对比度直接成像仪器，已交付至土耳其4米DAG望远镜，采用可编程液晶空间光调制器作为焦平面相位掩模，实现主动日冕仪功能，预计2024年底首次开光，提供软件可调的日冕仪模式。
2024-08-20 astro-ph.IM
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
Programmed but Arbitrary Control Minimization of Amplitude and phase for speckle Nulling (PACMAN)
本文复兴了1980年的跨平台焦平面波前传感与控制算法，在仿真与实验中证明其能显著提升日冕仪对比度，是天基高对比度成像任务的重大变革。
2023-03-31 astro-ph.IM
Simulating the WFIRST coronagraph Integral Field Spectrograph
直接成像技术的一个主要目标是以极高的对比度对其他恒星周围行星的大气进行光谱表征。为了实现这一目标，日冕测量仪器倾向于使用积分场摄谱仪（IFS）作为科学相机，以一次性分散整个搜索区域并获得每个位置的光谱，因为行星的位置事先并不知道。这些摄谱仪可以有效地防止斑点和背景物体造成的混淆，也可以帮助日冕观测的斑点减除和波前控制阶段。我们提出了一个软件包，日冕和快速成像光谱仪在Python（脆）模拟的IFS的WFIRST日冕仪（CGI）。该软件使用空间和光谱分辨的日冕焦平面立方体传播输入科学立方体，将其转换为IFS检测器地图，并最终将空间光谱输入场景重建为3D数据立方体。模拟IFS立方体可用于测试数据提取技术，改进灵敏度分析，并进行飞行CGI-IFS仪器的设计权衡研究。crispy是一个公开可用的Python包，可以适应其他IFS设计。
2017-09-28 astro-ph.IM
Artificial incoherent speckles enable precision astrometry and photometry in high-contrast imaging
国家的最先进的日冕仪采用极端的自适应光学启用仪器，不断提高对比度的检测极限的同伴在越来越接近的分离到主恒星。为了限制它们的性质和最终的组成，重要的是要精确地确定轨道参数和相对于它们所环绕的恒星的对比度。这在日冕照相后的影像平面中可能是困难的，因为根据定义，中央恒星已经被日冕遮蔽。我们证明了利用可变形反射镜的自适应光学系统在SCExAO产生一个领域的散斑校准的目的的灵活性。散斑可以放置在距离恒星最远$22.5~λ/D$的地方，任何位置角度、亮度和丰度都可以。最重要的是，我们表明，快速调制添加的散斑相位之间的$0$和$π$，在一个长期的科学整合，使这些散斑有效地与底层晕不相干。我们第一次定量地表明，这种不相干反过来，增加了自适应散斑的鲁棒性和稳定性，这将提高天体测量和光度校准程序的精度。这种技术将是有价值的高对比度成像观测与成像仪和积分场摄谱仪一样。
2015-10-15 astro-ph.IM
The Programmable Liquid-crystal Active Coronagraphic Imager for the 4-m DAG telescope (PLACID) instrument: installation and commissioning update
PLACID是安装在4米DAG望远镜上的新型可编程液晶主动日冕仪，通过空间光调制器实现动态焦平面相位掩模，已完成安装与AIV活动，预计2026年初开天，成为世界首个主动日冕系统。
2025-10-27 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
Imaging exoplanets with coronagraphic instruments
系外行星科学是当今天文学的一个非常活跃的领域，其问题仍然没有解决，例如行星系如何形成和演化（发生，过程），为什么观察到如此多样的系外行星（质量，半径，轨道参数，温度，成分），以及行星，拱星盘和它们的宿主恒星之间的相互作用。有几种互补的方法用于探测系外行星。其中，成像旨在直接探测系外行星和星周盘反射、散射或发射的光。这允许它们的光谱和偏振特性。这种成像仍然是具有挑战性的，因为大的光度比（1 e4 - 1 e10 $）和小的角间距（角秒的几分之一）之间的恒星和它的环境。在过去的二十年里，包括日冕照相术在内的许多技术已经发展起来，使系外行星成像成为现实。这篇评论给出了一个广泛的概述的子系统，构成一个日冕仪成像外行星系统。它特别适用于该领域的非专业人士或新人。我们解释了日冕照相的原理，并提出了一个形式主义来理解他们的行为。我们讨论了波前像差对日冕仪性能的影响，以及它们如何在科学图像中引起恒星散斑。最后，我们提出了仪器和信号处理技术用于对天空的最小化或后验校准这些斑点，以提高性能的日冕仪。
2023-02-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Developing post-coronagraphic, high-resolution spectroscopy for terrestrial planet characterization on ELTs
光谱观测对于确定系外行星大气的组成、结构和表面重力极其重要。行星本身的高分辨率光谱学只被证明了几次。通过使用先进的高对比度成像仪，在恒星光首先被先进的日冕仪抑制后，有可能对可成像的系外行星进行高分辨率光谱分析。由于行星在焦平面上是空间分离的，因此可以使用单模光纤来单独收集来自行星的光，从而将光子噪声降低几个数量级。此外，应用于已知存在系外行星的位置的散斑控制可以用于进一步优先拒绝来自光纤的恒星通量。在本文中，我们将提出的计划进行高分辨率光谱研究的这种性质的结合SCExAO和IRD在H波段的斯巴鲁望远镜。这种技术对于ELT和未来空间任务上的类地行星定性至关重要。
2017-12-22 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
Status of the MEDUSAE post-processing method to detect circumstellar objects in high-contrast multispectral images
MEDUSAE方法（使用同步像差估计的多光谱系外行星探测）致力于探测多光谱高对比度图像中的系外行星和盘特征。MEDUSAE的概念是通过贝叶斯框架（使用参数正则化）中的逆问题（考虑到噪声的统计）的随机方法来检索散斑场和对象图。MEDUSAE的一个基本方面是日冕PSF的模型是解析的，并且通过光程差参数化，光程差与相位相反，是消色差的。因此，散斑场估计的相位恢复，使用光谱的多样性，从残留的星光解开行星信号。在适当的正则化下，通过非近视反卷积来恢复对象图。这种MEDUSAE方法的基础已经在以前出版并在逆犯罪中得到验证。在这次交流中，我们提出了它的应用程序，以现实的模拟数据，在实际数据应用的准备。我们提出的解决方案试图绕过用于反演的模型和真实数据之间的主要差异是不够的：现在有必要使日冕PSF的模型更加逼真。
2018-12-11 astro-ph.IM
Compensation of high-order quasi-static aberrations on SPHERE with the coronagraphic phase diversity (COFFEE)
专门用于高对比度成像的第二代仪器SPHERE不久将在欧洲甚大望远镜上运行。这样的仪器依赖于一个极端的自适应光学系统，它与一个抑制大部分衍射恒星光的日冕仪相结合。然而，日冕仪的性能受到准静态像差的强烈限制，这些像差在科学图像平面上产生长寿命的斑点，很容易被误认为是行星。因此，最终的性能受到波前传感器和科学相机之间不可避免的差分像差的限制，必须对其进行估计和补偿。本文采用COFFEE方法对SPHERE的准静态像差进行测量和补偿。COFFEE（用于太阳系外行星探测的日冕照相焦平面波前估计）包括将相位分集扩展到日冕照相成像，仅使用科学相机记录的两个焦平面图像来估计准静态像差，包括差分像差。在本文中，我们使用从SPHERE的红外探测器IRDIS记录的日冕图像来估计日冕上游的像差，然后使用SPHERE的极端自适应光学环路SAXO进行补偿。我们首先验证的能力COFFEE估计高阶像差估计校准的影响函数模式引入的上游的日冕。然后，我们使用COFFEE在原来的迭代补偿过程中，以补偿估计的像差，导致对比度改善的一个因素，从1.4到4.7之间变化的2l/D和15 l/D的IRDIS。补偿过程的性能也通过仿真进行了评估。实验结果和这些模拟之间的一个很好的匹配。
2014-09-08 astro-ph.IM
Cascade adaptive optics: contrast performance analysis of a two-stage controller by numerical simulations
通过添加第二个AO校正级（具有自己的波前传感器、可变形镜和实时控制器），可以提高当前极限自适应光学（XAO）系统的对比度性能。我们建立了一个这样的级联AO（CAO）系统的动力学模型，两个阶段，每个控制的标准积分器，并研究其控制特性。我们研究如何这样的配置可以改善现有的系统，而无需修改的第一阶段。我们分析的CAO架构一般，并显示部分的干扰是如何从低到高的时间频率与邪恶的影响第二阶段的积分器过冲，并建议可能的方法来减轻这一点。我们还进行了数值模拟的特定情况下的第一阶段AO使用夏克-哈特曼波前传感器和第二阶段AO与较小的变形镜运行在一个较高的帧速率，以减少时间误差。在这种情况下，我们表明，第二阶段提高了一个数量级的成像对比度，并缩短了去相关时间的大气湍流散斑甚至更大的因素。结果表明，CAO提出了一种有前途的和相对简单的方法来升级一些现有的XAO系统，并实现改进的成像对比度，促进了大量的科学案例，包括系外行星的直接成像。
2022-01-27 astro-ph.IM
NEXT: The Netherlands EXoplanet Testbed I. Goals and opto-mechanical design
NOVA, Netherlands Research School for Astronomy（荷兰天文研究学校）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）
荷兰系外行星测试平台NEXT为满足下一代ELTs和未来空间天文台需求，开发验证XAO与日冕仪技术，完成光机设计及性能模拟，目标800nm、5λ/D处原始对比度10⁻⁷（终目标10⁻⁸）。
2026-08-26 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
Status of predictive wavefront control on Keck II adaptive optics bench: on-sky coronagraphic results
用于地面高对比度成像（HCI）的自适应光学（AO）系统的行为决定了仪器的可实现对比度。在大气的相干时间比AO系统的速度短的条件下，伺服滞后误差成为AO系统的主要误差项。当AO系统测量波前误差并随后应用校正（总共花费1到2毫秒）时，望远镜上方的大气湍流已经改变。除了降低斯特列尔比之外，伺服滞后误差还导致沿日冕图像中主导风矢量方向的散斑积聚，严重限制了小角度间隔处的对比度。缓解这个问题的一个策略是预测湍流在延迟上的演变。我们的预测波前控制算法在均方意义上最大限度地减少了延迟，并已在Keck II AO工作台上实施。在本文中，我们报告我们的算法的最新成果，并讨论更新的算法本身。我们探讨如何调整各种过滤器参数的基础上，白天的实验室测试和天空测试。我们表明减少剩余均方波前误差的预测相比，泄漏积分器上实现凯克。最后，我们提出了对比度的改善，白天和天空测试。利用Keck的NIRC 2仪器的L波段涡旋日冕仪，我们发现在3~ $λ/D$的分离处，对比度增益为2.03，在更大的分离处（4-6~ $λ/D$），对比度增益可达3。
2021-08-19 astro-ph.IM
Laboratory Demonstration of Real-Time Focal Plane Wavefront Control of Residual Atmospheric Speckles
目前和未来的高对比度成像仪器旨在探测轨道距离更近、质量更低和/或年龄更大的系外行星。然而，日冕科学图像中不断演变的斑点限制了最先进的地面系外行星成像仪器的对比度。对于地面自适应光学（AO）仪器而言，大多数散斑抑制技术仍然具有挑战性，以衰减天空上的动态大气以及准静态仪器散斑。我们提出了一种焦平面波前传感和控制算法来解决这一挑战，称为快速大气自相干相机（SCC）技术（FAST），理论上，即使每个散斑只检测到几个光子，SCC也能在毫秒级的时间尺度上工作。在这里，我们提出的第一个实验结果的快速圣克鲁斯极端AO实验室（SEAL）的试验台。特别是，我们说明了“第二阶段”AO为基础的焦平面波前控制的好处，演示了高达5倍的对比度改善与FAST闭环补偿的演变残余大气湍流-无论是低和高阶空间模式-下降到20毫秒的时间尺度。
2022-06-17 astro-ph.EP 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
Optimized Principal Component Analysis on Coronagraphic Images of the Fomalhaut System
我们提出了一项研究的结果，以优化的主成分分析（PCA）算法的行星检测，一种新的算法补充ADI和LOCI，以增加对比度，可实现旁边的一个明亮的恒星。恒星PSF是通过去除主成分的线性组合来构建的，允许来自太阳系外行星的通量照射。所使用的主成分的数量决定了恒星PSF的全局建模程度。使用更多的主成分可能会减少最终图像中的斑点数量，但也会增加背景噪声。我们将PCA应用于在4.05微米处用切趾相位板获得的北落师门VLT NaCo图像。在4-10 AU范围内，没有发现伴星，质量上限为13-18 M_Jup。PCA实现更高的灵敏度比LOCI算法的北落师门日冕数据高达1级。我们对PCA代码进行了几次调整，并确定其中哪些被证明是最有效的，可以最大限度地提高来自非常接近其母星的行星的信噪比。我们证明，优化PCA中使用的主成分的数量被证明是最有效的拉出行星信号。
2013-10-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
Predictive wavefront control on Keck II adaptive optics bench: on-sky coronagraphic results
用于地面高对比度成像（HCI）的自适应光学（AO）系统的行为决定了仪器的可实现对比度。在大气的相干时间比AO系统的速度短的条件下，伺服滞后误差可以成为AO系统的主要误差项。当AO系统测量波前误差并随后应用校正（通常总共花费一毫秒或几毫秒）时，望远镜上方的大气湍流已经改变，导致伺服滞后误差。除了降低斯特列尔比之外，伺服滞后误差还导致沿日冕图像中主导风矢量方向的散斑积聚，严重限制了小角度间隔处的对比度。缓解该问题的一种策略是预测湍流在延迟时间上的演变。我们的预测波前控制算法最大限度地减少，在均方意义上，波前误差的延迟，并已实施的凯克II AO工作台。在本文中，我们报告我们的算法的最新结果，并讨论更新算法本身。我们探讨如何调整各种过滤器参数的基础上白天的实验室测试和天空测试。我们表明，减少在剩余均方波前误差的预测相比，泄漏积分器（凯克的标准控制器）上实现凯克为三个单独的夜晚。最后，我们首次提出了白天和天空测试的对比度改进。使用凯克的NIRC 2仪器的L波段涡旋日冕，我们发现在3 λ/D的分离处的对比度增益高达2，并且对于更大的分离（3-7 λ/D）高达3。
2022-05-27 astro-ph.IM
First Experimental Results of the Fast Atmospheric Self-coherent Camera Technique on the Santa cruz Extreme Adaptive optics Laboratory Testbed: Demonstration of High Speed Focal Plane Wavefront Control of Residual Atmospheric Speckles
目前和未来的高对比度成像仪器旨在探测轨道距离更近、质量更低和/或年龄更大的系外行星，最终目标是直接探测地球质量的可居住区系外行星。然而，日冕科学图像中不断演变的斑点仍然限制了最先进的地面系外行星成像仪器，其对比度至少比实现这一目标所需的差两个数量级。对于地面自适应光学（AO）仪器而言，对于大多数散斑抑制技术而言，衰减动态大气和准静态仪器散斑仍然是具有挑战性的。我们提出了一种焦平面波前传感和控制算法来解决这一挑战，称为快速大气自相干相机（SCC）技术（FAST），它使SCC能够在毫秒级的时间尺度下工作，即使每个斑点只检测到几个光子。在这里，我们提出了初步的实验结果，快速的圣克鲁斯极端AO实验室（SEAL）的试验台。特别是，我们说明了“第二阶段”AO为基础的焦平面波前控制的好处，演示了快速闭环补偿的残留大气湍流的毫秒时间尺度。
2021-08-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Comparing focal plane wavefront control techniques:\\Numerical simulations and laboratory experiments
迄今为止，在所有被探测到的系外行星中，只有不到1%的行星是根据其大气层的光谱观测来表征的。与间接方法不同，高对比度成像通过将微弱的离轴光源的光与其母星的光分离来获得大气特征。预期未来的空间设施，如WFIRST/LUVOIR/HabEX，将使用能够成像和光谱的日冕仪，以了解遥远世界的物理特性。驱动这些仪器设计的主要技术挑战涉及波前相位和振幅误差的精确控制。已经提出了几种FPWS和控制技术，并在实验室中进行了演示，以达到所需的精度。然而，这些技术从未在相同的实验室条件下进行过测试和比较。本文在可见光闭环中比较了两种技术：与电场共轭（EFC）相关的成对（PW）和自相干相机（SCC）。我们首先运行数值模拟来优化PW波前传感，并预测具有与EFC波前控制相关的PW的冠状照相仪器的性能，假设PW和EFC的建模误差。然后，我们实现了一个实验室测试平台上的技术。我们将已知的像差引入到系统中，并比较了使用PW和SCC的波前传感。然后分别使用PW+EFC和SCC使冠状图像中的散斑强度最小化。我们证明了SCC和PW+EFC都可以在几次迭代中在类空间条件下产生黑洞。这两种技术都达到了我们实验室工作台的当前限制，并在窄光谱带（<0.25%带宽）内提供5e-9的日冕造影对比度水平。
2020-03-09 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
Standard FITS template for simulated astrophysical scenes with the WFIRST coronagraph
WFIRST日冕仪的科学调查小组（SIT）已经开始研究该仪器是否能够直接对来自系外行星的反射光进行成像，其对比度可降至恒星通量的10^-9。在这些高对比度的点源的检测需要产量估计和详细的建模的行星系统的图像，因为它通过望远镜的光学传播。虽然SIT可能会生成定制的天体物理场景，但通过内部散斑场传播的集成模型通常是在JPL完成的。在本白皮书中，我们提出了一种标准文件格式，以确保在制作原始天体物理场景的人员和将这些场景纳入其光学建模的JPL建模人员之间建立单一的分发系统。在其核心，我们的自定义文件格式使用FITS文件，并结合了包装天体物理场景的标准。这包括行星和恒星点源的光谱和天体测量信息，黄道光和可能作为污染物出现的河外源。坚持这样一个统一的数据分布格式是必要的，因为它确保了SIT和JPL建模人员之间的无缝工作流程，以实现理解WFIRST日冕仪的限制的目标。
2017-06-08 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
The future looks dark: improving high contrast imaging with hyper-parameter optimization for data-driven predictive wavefront control
本研究针对极端自适应光学系统的时间误差导致系外行星直接成像灵敏度受限的问题，探索经验正交函数预测波前控制的最优超参数空间，验证其大气稳定性，为现有及极大望远镜的高对比度成像优化提供方案。
2024-07-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Cascade adaptive optics with a second stage based on a Zernike wavefront sensor for exoplanet observations
针对单级极端自适应光学（XAO）残留误差阻碍暗弱系外行星研究的问题，提出基于泽尼克波前传感器（ZWFS）的二级级联AO方案，实验验证其可显著降低残差、提升稳定性与对比度，为星周环境观测提供有效解决方案。
2024-11-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Focal plane wavefront sensor achromatization : The multireference self-coherent camera
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约束。但这可能是具有挑战性的，因为行星与恒星的角间距很小，通量比很高。最近，SPHERE和GPI等优化仪器被安装在8米级望远镜上。这些探测器将探测大间距（~1au）的年轻气态系外行星，但是由于未校准的像差会在日冕照相图像中产生斑点，它们无法探测到更老和更暗的行星。总有一些偏差会随着时间的推移而慢慢演变。它们产生了准静态散斑，无法以足够的精度进行后验校准。因此，需要对这些散斑进行主动校正以达到非常高的对比度水平（> 1 e7）。这需要焦平面波前传感器。我们的团队提出了SCC，其性能在实验室中得到了证明。至于所有焦平面波前传感器，这些都是敏感的色差，我们提出了一个升级，减轻色差的影响。首先，我们回顾SCC的原理，并解释其在多色光中的局限性。然后，我们提出并数值研究了两个升级，以减轻色差的影响：光程差方法和多参考自相干相机。最后，我们提出了后一种解决方案的实验室测试。我们在实验室中证明，MRSCC相机可以用作焦平面波前传感器在多色光使用80 nm的带宽在640 nm。我们达到了接近我们工作台色度极限的性能：在5和17 lambda/D之间的对比度为4.5e-8。MRSCC的性能对于未来的高对比度成像仪器是有希望的，这些仪器的目的是积极地最大限度地减少斑点强度，以便检测和光谱表征微弱的古老或轻的气态行星。
2016-01-28 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
High contrast experiment of an AO-free coronagraph with a checkerboard pupil mask
高对比度日冕仪有望为直接观测太阳系外行星提供一种有希望的方法。我们提出了我们的实验室实验的最新结果，调查“刚性”日冕与二进制形状的棋盘式光瞳掩模，这应该提供一个高度稳定的解决方案，望远镜没有自适应光学（AO）的波前校正在空间任务。这项工作的主要目的是研究日冕仪的稳定性，并证明其性能没有自适应波前校正。需要估计原始对比度和点扩散函数（PSF）减法的增益。对比度的限制因素也很重要。设计了一种棋盘型二元形状光瞳掩模。该掩模由玻璃衬底上的铝膜组成，使用纳米制造技术与电子束光刻技术制造。仔细评估coronagraphic性能，包括PSF减法，在空气中使用开发的面具。通过对所有观察到的暗区进行面积平均，原始冠状图像的对比度达到$6.7 \times 10^{-8}$。PSF减影后，对比度达到$6.8 \times 10^{-9}$。散斑是贯穿原始图像和PSF减影图像两者的暗区域的主要限制因素。无AO的PSF减影的刚性冠状动脉造影是实现高对比度观察的有用方法。讨论了刚性日冕仪在宇宙学和天体物理学空间红外望远镜（SPICA）和其他平台上的应用。
2011-08-16 astro-ph.IM
High contrast imaging of exoplanets on ELTs using a super-Nyquist wavefront control scheme
超大型望远镜（ELT）的关键科学目标之一是对已知的直接成像系外行星进行详细描述。用于ELT的典型自适应光学（AO）奈奎斯特控制区域为~0.4弧秒，将许多已知的直接成像行星置于DM控制区域之外，并且不允许任何标准波前控制方案来去除将允许获得更高SNR图像/光谱的散斑。这可以通过超奈奎斯特波前控制（SNWFC）来固定，使用正弦波相位板以允许在中心DM奈奎斯特区域之外的波前控制。我们证明，SNWFC是可行的，通过一个简单的，确定性的，非日冕，超奈奎斯特散斑零化技术在自适应光学实验室在加拿大国家研究委员会。我们还提出了如何SNWFC使用自相干相机（SCC）可以用于高对比度成像的模拟结果。这种技术可以在未来的高对比度成像仪器上实现，以提高标准中心黑洞外的对比度，从而获得更高的系外行星SNR特征。
2016-07-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
On-sky closed loop correction of atmospheric dispersion for high-contrast coronagraphy and astrometry
自适应光学（AO）系统提供高水平的波前校正，现在在天文台很常见。波前校正后图像质量的主要限制之一来自大气折射。大气色散补偿器（ADC）用于校正大气折射。基于由作为望远镜仰角的函数的色散值组成的查找表来应用校正。基于查找表的大气色散校正导致不完美的补偿，从而导致在点扩散函数（PSF）中存在残余色散，并且当需要亚毫角秒精度时是不够的。残余色散的存在会限制使用高性能日冕仪时可实现的对比度，或者会损害高精度天体测量。本文首次提出了直接利用科学路径图像进行大气色散的天空闭环校正。色散测量背后的概念利用焦平面散斑的色度缩放。使用具有足够大数量的致动器的可变形反射镜（DM）生成的自适应散斑网格来精确测量残余色散，并随后通过驱动ADC来校正残余色散。我们已经证明了与斯巴鲁Coronagraphic极端AO（SCExAO）系统的天空闭环校正的残余色散在H波段< 1质量。这项工作将有助于用即将到来的超大望远镜（ELT）直接探测可居住的系外行星，并提供诊断工具来测试需要亚毫弧秒校正的仪器的性能。
2017-10-30 astro-ph.IM
Probing Photon Statistics in Adaptive Optics Images with SCExAO/MEC
我们提出了一个实验研究的光子统计高对比度成像与微波动力学电感探测器（MKID）系外行星相机（MEC）位于斯巴鲁日冕极端自适应光学系统（SCExAO）在斯巴鲁望远镜后面。我们表明，MEC测量轴上同伴强度和离轴强度的预期分布，表现为准静态散斑在图像平面中，目前限制了高对比度成像性能。由于MKID探测器的光子计数能力，这些统计数据可以通过任何MEC观测来探测。光子到达时间统计也可以用来直接区分同伴从散斑使用后处理技术称为随机散斑歧视（SSD）。在这里，我们给出了SSD技术的概述，并强调了SSD的第一次演示的扩展源--御夫座原行星盘AB。然后，我们提出了模拟，提供了一个深入的探索，目前的SSD技术的扩展称为光子计数SSD（PCSSD）的限制，提供一个前进的路径过渡PCSSD从模拟到天空的结果。最后，我们讨论了如何进一步提高这种基于到达时间的后处理技术适用于MKID以及其他高速天文相机的效率。
2022-09-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
SCExAO/MEC and CHARIS Discovery of a Low Mass, 6 AU-Separation Companion to HIP 109427 using Stochastic Speckle Discrimination and High-Contrast Spectroscopy
我们报告了附近加速A星HIP 109427的低质量伴星的直接成像发现，与斯巴鲁Coronagraphic极端自适应光学（SCExAO）仪器，加上MKID系外行星相机（MEC）和CHARIS积分场摄谱仪。CHARIS数据与参考星PSF相减得到1.1-2.4 $μ$ m光谱。MEC揭示了同伴在$Y$和$J$波段在一个可比的信号噪声比使用随机散斑歧视，没有PSF减法技术。结合来自Keck/NIRC 2的补充后续$L_{\rm p}$测光，SCExAO数据分别支持M4-M5.5、3000-3200 $K$和$\log_{10}(L/L_{\rm \odot}) = -2.28^{+0.04}_{-0.04}$的光谱类型、有效温度和光度。来自SCExAO/CHARIS和Keck/NIRC 2的HIP 109427 B的相对天体测量，以及补充的盖亚-依巴谷绝对天体测量，支持$6.55^{+3.0}_{-0.48}$ au的半长轴，$0.54^{+0.28}_{-0.15}$的偏心率，$66.7^{+8.5}_{-14}$度的倾角和$0.280^{+0.18}_{-0.059}$ $M_{\odot}$的动力学质量。这项工作显示了极端AO系统的潜力，利用散斑统计除了广泛使用的后处理方法，直接成像附近的恒星附近的望远镜衍射极限的微弱同伴。
2021-07-12 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Self-coherent camera as a focal plane wavefront sensor: simulations
直接探测系外行星需要高动态范围成像。日冕仪可能是解决方案，但它们在太空中的性能受到波前误差（光学制造误差、温度变化等）的限制，这在最终的图像中产生了准静态的恒星斑点。已经提出了几种解决方案来解决这种斑点噪声。差分成像技术在后处理成像中将参考图像添加到冠状残留物。其他技术尝试使用可变形反射镜主动校正波前误差。在这种情况下，波前像差必须在科学图像中测量到极高的精度。我们提出了自相干相机顺序用作焦平面波前传感器的主动校正和差分成像。对于这两种用途，恒星散斑在科学图像中进行空间编码，以便最大限度地减少微分像差。编码是基于宿主恒星和其环境之间的光不相干原理。本文首先讨论了变形镜的一个固有缺陷。然后，对自相干相机的几个参数进行了详细的研究。我们还提出了一个简单而强大的设计，将自相干相机与使用Lyot停止的日冕仪相关联。最后，我们讨论了与四象限相位掩模的关联的情况下，数值证明，这样的设备，使现实条件下的类地行星的检测。对该技术的参数研究让我们相信，它可以很容易地在未来专门用于系外行星直接成像的仪器中实现。
2009-11-12 astro-ph.EP 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
The MKID Exoplanet Camera for Subaru SCExAO
我们提出了MKID系外行星相机（MEC），一个Z到J波段（800 - 1400 nm）积分场摄谱仪位于斯巴鲁日冕极限自适应光学（SCExAO）后面的斯巴鲁望远镜在Maunakea，利用微波动力学电感探测器（MKID）作为高对比度成像的使能技术。MEC是第一个永久部署的近红外MKID仪器，设计用于作为IFU和SCExAO多kHz反馈回路中的焦平面波前传感器。通过MKID可获得的无噪声、快速时域信息允许直接探测快速散斑波动，该快速散斑波动目前限制了地面上大多数高对比度成像系统的性能，并且将帮助MEC实现其最终目标，即在2 $λ/ D$下达到$10^{-7}$的对比度。在这里，我们概述了MEC的仪器细节，包括硬件，固件，数据简化和分析管道。然后我们讨论MEC当前的空中性能，并以未来的升级和计划结束。
2020-10-23 astro-ph.IM
Digging dark holes on-sky with the Self-Coherent Camera: Preliminary results
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；Steward Observatory, The University of Arizona（斯图德天文台，亚利桑那大学）；Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（怀雅特光学科学学院，亚利桑那大学）；Subaru Telescope, National Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences（昴星团望远镜，日本国立天文台，日本自然科学研究院）；Astrobiology Center, National Institutes of Natural Sciences（天体生物学中心，日本自然科学研究院）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理学中心，富尔顿研究所）；Draper Laboratory（德拉珀实验室）；Starfire Optical Range, Kirtland Air Force Base（星光光学靶场，柯克兰空军基地）
本研究利用自相干相机（SCC）的快速大气SCC技术（FAST），在麦哲伦望远镜上实现天空闭环演示，使暗区1σ原始对比度提升10倍，未来将结合相干差分成像进一步增强对比度。
2026-08-26 astro-ph.IM
The Phase Induced Amplitude Apodizer and Nuller -- High transmission, high dispersion coronagraphy at 2λ/D
Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève（日内瓦天文台，天文学系，日内瓦大学）；Division of Space and Planetary Sciences, University of Bern（伯尔尼大学空间与行星科学系）；Division of Space Research and Planetary Sciences, Physics Institute, University of Bern（伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学系）
PIAAN冠状图通过单模光纤实现高对比度和高传输率，为比邻星b的高色散冠状图观测提供关键技术方案。
2025-03-24 astro-ph.IM
Apodization in high-contrast long-slit spectroscopy. Closer, deeper, fainter, cooler
对于新一代高对比度光谱成像仪来说，附近恒星的微弱行星质量伴星的光谱学是一个主要的挑战。在以前的工作中，我们提出了一个长缝日冕仪（LSC），其中存在一个狭缝的日冕焦平面诱导的复杂分布的能量在Lyot光瞳平面，不能很容易地掩盖与二进制Lyot停止。为了减轻这种担忧，我们建议使用光瞳切趾来抑制衍射，创建切趾长缝日冕（ALSC）。在描述了如何变迹优化，我们证明了它的优势，相对于CLC的SPHERE/IRDIS长缝光谱（LSS）模式的背景下，在低分辨率与0.12”狭缝和0.18”日冕掩模。我们进行了不同的模拟集，有和没有像差，有和没有狭缝，以证明切趾是一个更合适的概念LSS，在一个显着降低的吞吐量（37%）的代价相比，LSC。然后，我们进行详细的端到端的模拟LSC和ALSC，其中包括现实水平的像差，以获得数据集代表1小时的积分时间的恒星光谱类型A0至M0位于10 pc。我们将不同有效温度（Teff）和表面重力（log g）下的行星伴星光谱插入到角距为0.3”至1.5”、对比度为6至18等的数据中。使用SD方法减去斑点，我们表明，ALSC相对于LSC在0.3”处带来了高达3等的灵敏度增益，这导致在0.5 ″以下更好的光谱提取。在Teff方面，我们证明，在小的角间距的限制与ALSC总是低于至少100 K，诱导的敏感性增加的一个因素高达1.8的对象的质量在年轻的年龄。[删节]
2013-07-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
A high precision technique to correct for residual atmospheric dispersion in high-contrast imaging systems
对系外行星的直接探测和光谱分析需要高对比度成像。特别是对于可居住的系外行星，位于距离主星很小的角距离处，使用小内工作角（IWA）日冕仪来有效地抑制星光是至关重要的。反过来，这些日冕仪需要仔细控制直接影响其性能的波前。对于地面望远镜来说，大气折射也是一个重要因素，因为它会导致PSF的拖尾，而这种拖尾不再能被日冕有效地抑制。传统上，大气折射由大气色散补偿器（ADC）补偿。ADC控制依赖于大气的先验模型，其参数仅基于望远镜的指向，这可能导致不完美的补偿。对于像斯巴鲁Coronagaphic Extreme自适应光学（SCExAO）系统这样的高对比度仪器，其采用非常小的IWA日冕仪，PSF的折射引起的拖尾必须在科学波段中小于1 mas以获得最佳性能。本文介绍了第一次剩余大气色散的天空测量和校正。大气色散直接从科学图像中测量，使用人工引入的散斑的自适应网格作为诊断反馈到望远镜的ADC。利用我们目前的设置，我们能够将宽带光（y-到H-波段）中的初始残余大气色散从18.8质量降低到4.2质量，并且仅在H-波段中降低到1.4质量。这项工作与即将到来的超大型望远镜（ELT）特别相关，这些望远镜将需要对其ADC进行精细控制，以实现其全部高对比度成像潜力。
2016-08-27 astro-ph.IM
SCExAO, an instrument with a dual purpose: perform cutting-edge science and develop new technologies
Subaru Coronagraphic Extreme自适应光学（SCExAO）仪器是安装在夏威夷Subaru望远镜上的一种非常模块化的高对比度仪器。SCExAO具有双重目的。它在北半球的位置在一个8米的望远镜，使它成为一个主要的仪器，用于检测和定性的系外行星和恒星环境的大部分天空。此外，SCExAO的独特设计使其成为在实验室中快速测试创新技术和算法并随后将其部署到天空的理想仪器。SCExAO得益于设施自适应光学AO 188的波前校正的第一阶段，并将600-2400 nm光谱分离到可见光和近红外的各种模块，针对大范围的科学案例进行了优化。积分场摄谱仪CHARIS具有J、H或K波段高分辨率模式或宽带低分辨率模式，使SCExAO成为系外行星探测和定性的主要仪器。在这里，我们报告SCExAO仪器的最新发展和科学成果。最近对一些模块进行了升级，如可见光偏振模块VAMPIRES、高性能红外日冕仪、各种波前控制算法以及AO 188的实时控制器。最新增加的是20 k像素的微波动态电感探测器（MKIDS）系外行星相机（MEC），它将允许以前未探索的科学和技术发展。MEC加上新颖的光子计数散斑控制，使SCExAO更接近于为巨型分段镜望远镜（GSMTs）优化的未来高对比度仪器的最终设计。
2018-09-21 astro-ph.IM
