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
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 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
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
On-sky performance and recent results from the Subaru coronagraphic extreme adaptive optics system
我们描述了目前的斯巴鲁Coronagraphic极端自适应光学（SCExAO）仪器上的斯巴鲁望远镜在夏威夷茅纳基亚的天空性能。SCExAO正在继续提高其AO性能，为明亮的恒星提供超过0.9的H波段Strehl比率。我们描述了SCExAO波前控制的新进展，这些进展导致光学中更稳定的校正波前和衍射限制成像，修改代码以更好地处理CHARIS内的读取噪声抑制，以及CHARIS内的分光光度精度和准确度测试。我们概述了CHARIS数据处理管道中输出出版级数据产品的步骤。最后，我们注意到最近和即将到来的科学成果，包括新的直接成像系统和多波长的发现，行星形成盘的更深入表征，以及即将到来的技术进步，这将提高SCExAO的科学能力。
2020-12-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Phase-Retrieval-Based Wavefront Metrology for High Contrast Coronagraphy
我们讨论了使用参数相位不同的相位恢复作为一种原位高保真波前测量方法来表征和优化的高对比度日冕仪的透射波前。我们应用我们的方法来校正的HiCAT（高对比度成像仪的复杂孔径望远镜）日冕实验台的透射波前。这种校正需要一系列的校准步骤，我们描述。校正将系统波前从16 nm RMS改善到3.0 nm RMS。
2019-03-05 astro-ph.IM
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
The VORTEX coronagraphic test bench
本文介绍了列日大学的红外日冕测量实验台VODCA（Vortex Optical Demonstrator for Coronagraphic Applications）。实验台的目标是评估环形槽相位掩模（APPM）在近中红外波长的性能。AGPM是用金刚石制作的亚波长光栅二电荷涡旋电晕管（SGVC 2）。该实验台设计为完全消色差的，将由一个发射近红外至中红外的超连续激光源、几个抛物面、光阑和一个红外照相机组成。这样，我们将能够在M、L、K和H波段测试不同的AGPS。最终，该工作台还将允许计算日冕仪上的入射波前像差。反射式Lyot光阑将大部分恒星光发送到第二台相机以执行低阶波前传感。与可变形反射镜耦合的第二系统将允许波前像差的校正。我们还旨在测试其他前和/或后coronagraphic的概念，如最佳切趾。
2016-04-28 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
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
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
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
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
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
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
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
Modal estimation of high-order wavefront drifts on coronagraphic testbeds for high-contrast direct imaging of exoplanets
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；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）；LESIA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CNRS（巴黎天文台LESIA，PSL大学，索邦大学，巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心）；Lowell Center for Space Science and Technology, University of Massachusetts（马萨诸塞大学洛厄尔空间科学与技术中心）；The University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究针对系外行星高对比度直接成像需求，在HiCAT模拟器上测试模态EKF，通过引入协方差方法优化探测幅度，使对比度较单像素DZM提升15倍，缩小了与理论界限的差距。
2026-10-16 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
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
WFIRST-AFTA Coronagraphic Operations: Lessons Learned from the Hubble Space Telescope and the James Webb Space Telescope
目前为WFIRST-AFTA任务提出的日冕仪将是为极高对比度优化的天基日冕仪的第一个例子，这种对比度是对反射主星光的系外行星直接成像所需的。虽然这一文书的设计仍在进行之中，但这一早期发展阶段是考虑这一文书运作的特别有利的时机。在本文中，我们回顾了哈勃太空望远镜（HST）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的当前或计划中的操作，重点是哪些操作方面将与计划中的WFIRST-AFTA日冕仪相关。我们确定了需要注意的五个关键方面：1）探测器健康和发展，2）波前控制，3）观测策略/后处理，4）天体测量精度/目标获取，以及5）偏振测量。我们就每一个项目的前进道路提出建议。
2015-11-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Speckle Temporal Stability in eXtreme Adaptive Optics Coronagraphic Images
限制高对比度成像的主要噪声源是由于准静态散斑的存在。散斑噪声来源于各种独立光源引起的波前误差，并根据其性质在不同的时间尺度上演化。对仪器误差引起的准静态散斑的理解对于寻找微弱的恒星伴星是至关重要的。仪器散斑平均为固定模式，可以在一定程度上进行校准，但它们的时间演化最终限制了这种可能性。本研究着重于准静态钉扎散斑现象的实验室证据和表征。具体来说，我们研究的相干放大的静态散斑的贡献，在科学图像中的噪声方差，通过其与准静态散斑的相互作用。在实验室中记录的自适应校正的coronagraphic图像的时间序列的分析，使得在直接和差分coronagraphic图像中的残留散斑图案的时间稳定性的表征。我们估计，被破坏的和快速发展的准静态散斑存在于系统中的埃/纳米级的影响静态散斑噪声的稳定性，在最终的图像后，电晕放电。准静态波前误差的时间演化呈现线性幂律，这可以用来在一阶模型的准静态散斑演化在高对比度成像仪器。
2012-03-22 astro-ph.IM
Fundamental limits to high-contrast wavefront control
目前这一代的地面日冕照相仪器使用可变形反射镜来校正相位误差，并在小角度间隔下提高对比度。为了改进这些技术，目前开发了几种空间和地面仪器，使用两个可变形反射镜来校正相位和幅度误差。然而，随着波前控制技术的改进，更复杂的望远镜光瞳几何形状（支撑结构、分割）将很快成为这些下一代日冕仪的限制因素。本文讨论了在高对比度日冕探测中用变形镜进行波前控制的基本限制。我们从波前误差的解析处方开始，以及它们的波长依赖性，并通过日冕模型传播它们。然后，我们考虑几个波前控制架构，可变形反射镜的数量和它们在仪器的光学训练中的位置，以及可用于在有限带通上消除由这些波前误差散射的星光的算法。对于每一种配置，我们得出的剩余对比度的带宽和传入波前的属性的函数。当设定波前要求时，该结果具有后果，以及来自地面和空间的未来高对比度仪器的波前控制架构。特别是，我们表明，这些限制可以严重影响有效的外工作角，可以实现由一个给定的电晕放电仪器。
2017-10-10 astro-ph.IM
Gratis Mitigation of Polarization Aberration Effects in Coronagraphic Dark Holes
Dept. of Climate and Space Sciences, University of Michigan（密歇根大学气候与空间科学系）
本文提出利用变形镜响应相关性，在控制一个强度分量时同步降低其他偏振像差分量，实现日冕仪暗洞中偏振像差的免费缓解。
2026-05-28 astro-ph.IM
Forward modelling coronagraphic images with a fully physical, differentiable digital twin of MagAO-X: first laboratory results
Leiden University（莱顿大学）；The University of Arizona（亚利桑那大学）；Flatiron Institute（平坦研究所）；Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台 Subaru 望远镜）；National Institutes of Natural Sciences（自然科学研究机构）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）；Kirtland Air Force Base（基尔兰德空军基地）
本研究提出MagAO-X的全物理可微数字孪生模型，在实验室中实现日冕仪图像正向建模，可低残差复现PSF且无伴星自抵消，为高对比度成像提供新方法。
2026-08-26 astro-ph.IM
Implementation and Characterization of the Vector Vortex Coronagraph on the SEAL Testbed
本研究在SEAL光学测试台上实现并表征了矢量涡旋日冕仪支路，结合ZWFS实测数据优化仿真以评估对比度限制，为后续用对比度衡量波前控制技术性能提供了实验基础。
2024-08-12 astro-ph.IM
The Subaru Coronagraphic Extreme AO project
高对比度日冕成像对于像斯巴鲁望远镜这样的具有中心遮蔽和厚蜘蛛叶片的望远镜来说是一项具有挑战性的任务。我们的团队目前正在组装一个极端的AO工作台，作为新委托的冠状成像仪HiCIAO的升级设计，解决这些困难。所谓的SCExAO系统结合了高性能的PIAA日冕仪和基于MEMS的波前控制系统，将用于斯巴鲁AO188系统的补充。我们提出并证明了两个关键的光学组件，抑制蜘蛛叶片，中心遮蔽和切趾的高对比度的冠状照相的光束，同时保持吞吐量和角分辨率的良好性能。
2009-05-01 astro-ph.IM
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
Wavefront Sensing in Space from the PICTURE-B Sounding Rocket
美国航天局的一个探空火箭，利用一个可见的零日冕进行高对比度成像，即利用一个可重新配置的实验基地的行星成像日冕技术（PICTURE-B）有效载荷，已经进行了两次亚轨道尝试，以观测推测在波江座周围的温暖尘埃盘。我们展示了2015年11月发射的结果，展示了在太空中使用压电反射镜平台和微机械变形镜进行主动波前传感，以及在太空中精确瞄准和轻型光学器件。
2017-07-02 astro-ph.IM
Techniques for High-Contrast Imaging in Multi-Star Systems II: Multi-Star Wavefront Control
由于主恒星和微弱行星之间的高对比度和小角度分离，直接成像系外行星对天文仪器来说是一个挑战。由于伴星的衍射和像差泄漏，多星系统给日冕仪带来了额外的挑战。因此，许多具有科学价值的多星系统被排除在系外行星调查和定性任务的直接成像目标清单之外。多星波前控制（英语：Multi-star wavefront control，MSWC）是一种利用日冕仪的变形镜（英语：Deformable mirror，DM）在有多颗恒星存在的情况下在焦平面上产生高对比度区域的技术。我们之前的论文介绍了超奈奎斯特波前控制（SNWC）技术，该技术使用衍射光栅，使DM产生高对比度的区域超出了DM校正的标称区域。这两种技术可以结合起来，以产生高对比度的地区，多星系统在任何角度的分离。作为一个案例研究，高对比度波前控制（WC）的模拟，应用这些技术表明，半人马座阿尔法星系的可居住区域可以成像达到至少$8 \times 10^{-9}$平均对比度在10\%的宽带光在单面黑洞从1.6-5.5 $λ/D$。
2017-06-28 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
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
pyEDITH: the coronagraphic exposure time calculator for the Habitable Worlds Observatory
NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Department of Astronomy University of Maryland（马里兰大学天文学系）；Center for Research and Exploration in Space Science and Technology II (CRESST II)（空间科学与技术研究探索中心二期（CRESST II））；Department of Astronomy and Astrobiology Program University of Washington（华盛顿大学天文学与天体生物学项目）；Johns Hopkins APL（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
pyEDITH是专为HWO打造的Python开源日冕仪曝光时间计算器，可模拟相关观测的曝光时间与信噪比，已通过验证并支持多类使用场景。
2026-08-31 astro-ph.EP 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
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
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
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
The Scientific Impact of a Noiseless Energy-Resolving Detector for a Future Exoplanet-Imaging Mission
本研究针对未来类地系外行星探测任务的探测器性能需求，分析无噪声能量分辨探测器对HWO日冕仪的科学影响，发现其可大幅提升勘测的系外行星光谱获取数量与科学产出。
2024-05-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Various Wavefront Sensing and Control Developments on the Santa Cruz Extreme AO Laboratory (SEAL) Testbed
地面高对比度成像（HCI）和极端自适应光学（AO）技术已经发展到能够直接探测在附近年轻恒星系统周围雪线之外轨道运行的气体巨星系外行星的程度。然而，使用当前HCI和AO技术的剩余波前误差，在日冕科学图像中被实现为“斑点”，仍然限制HCI仪器的灵敏度来检测和表征低质量，更近，和/或更老/更冷的系外行星系统。提高AO波前传感器（WFSs）和控制技术的性能是提高HCI仪器灵敏度的关键。在这里，我们提出了三个不同的正在进行的波前传感和控制项目的发展圣克鲁斯极端AO实验室（SEAL）的试验台：（1）使用快速大气自相干相机（SCC）技术（FAST）和Shack Hartmann WFS的“多WFS单共轭AO（SCAO）”，（2）用于焦平面波前感测的光瞳斩波，首先使用外部幅度调制器，然后使用DM作为纯相位调制器，以及（3）与常规PWFS相比，使用未调制的亮金字塔WFS（PWFS）的增强线性度的实验室演示。所有这三个主题都有一个共同的主题，即多WFS SCAO和/或第二阶段AO，为将来进一步研究这些技术提供了机会和应用。
2022-08-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
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
Optical and mechanical design of the extreme AO coronagraphic instrument MagAO-X
在这里，我们回顾了目前的光学机械设计的MagAO-X。该项目是PDR后项目，已完成设计阶段。这里提出的设计是所有光学和机械制造的基线。本文将首次介绍这种新型极端AO设计的光学/机械性能。设计的一些亮点是：1）一个浮动的，但高度稳定的，光学表; 2）一个Woonset高音扬声器（2040致动器BMC MEMS DM）设计，其中Wooper可以是当前的f/16 MagAO ASM，或者更可能的是，由设施f/11静态次级到ALPAO DM 97低音扬声器; 3）22个非常紧凑的光学支架，具有新颖的锁定夹具，用于额外的热稳定性和振动稳定性; 4）一系列四对超抛光离轴抛物面（OAP）反射镜，通过匹配的OAP计时具有相对宽的FOV; 5）先进的超宽带（0.5- 1.7微米）ADC设计; 6）金字塔（PWFS）和后日冕LOWFS NCP波前传感器; 7）用于星光抑制的vAPP日冕仪。目前，所有OAP都已交付，其余所有光学器件都在实验室中。大多数主要的机械部件都在实验室或仪器中，一些光学器件（如PWFS）和大多数安装件已经进行了光学对准。第一束光应该在2019年A。
2018-07-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Optical and Mechanical Design for the 21,000 Actuator ExAO System for the Giant Magellan Telescope: GMagAO-X
GMagAO-X是近第一个光ExAO日冕仪25.4米GMT。它是为GMT的折叠端口上的插槽而设计的。为了满足严格的ExAO拟合和伺服误差要求（<90 nm rms WFE），GMagAO-X必须具有21，000个驱动器DM，能够实现>2KHz的校正速度。为了最大限度地减少波前/分段活塞误差，GMagAO-X在振动隔离台上有一个干涉光束组合器，作为“21，000致动器平行DM”的一部分。活塞误差由全息色散条纹传感器（HDFS）检测。除了日冕仪，它还有一个日冕仪后Lyot低阶WFS（LLOWFS）来检测非公共路径（NCP）误差。LLOWFS驱动非公共路径DM（NCP DM）以校正那些NCP错误。GMagAO-X在可见光和/或近红外波段获得高对比度科学和波前传感。在这里，我们介绍了我们成功的外部审查（9月。2021）CoDR光学机械设计，满足GMagAO-X的顶级科学要求，符合GMT仪器要求，只需要COTS部件。
2022-08-15 astro-ph.EP 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
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
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
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
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
A high dynamic-range instrument for SPICA for coronagraphic observation of exoplanets and monitoring of transiting exoplanets
本文首先介绍了用于宇宙学和天体物理学的空间红外望远镜（SPICA）任务和SPICA日冕仪（SCI）的介绍性评论。SPICA将在轨道上实现冷却至6K的3米级望远镜。SPICA计划于二零一八财政年度推出。SPICA任务为我们提供了一个进行高动态范围观测的独特机会，因为它具有大望远镜孔径、高稳定性和从深空进行红外观测的能力。SCI是为SPICA提出的高动态范围仪器。SCI的主要目标是在红外区域直接进行日冕探测和木星系外行星的光谱学，而由于SCI的非日冕模式，对凌日行星的监测是另一个重要目标。然后，介绍了概念研究方面的最新技术进展和想法，这些进展和想法可能会提高仪器的性能：设计了具有一般暗度约束的整体一维二值形状光瞳掩模冠状掩模、考虑被遮蔽光瞳的用于测量宽视场的同心环形掩模以及用于同时宽波长覆盖的光谱色散器，介绍了火箭发射用MEMS变形镜韧性测试的初步结果，并介绍了一种无驱动器的无源波前校正镜。
2011-10-12 astro-ph.IM
Focal Plane Wavefront Sensing on SUBARU/SCExAO
焦平面波前感测是用于波前感测的优雅解决方案，因为由检测器拍摄的任何源的近焦图像在存在像差的情况下显示失真。非共路像差和低风效应都有能力限制最好的日冕仪与最好的极端自适应光学系统相结合的可实现的对比度。为了校正这些像差，斯巴鲁Coronagraphic Extreme自适应光学仪器拥有许多焦平面波前传感器，使用尽可能靠近科学探测器的探测器。我们提出了其中的七个，并比较他们的实施和效率SCExAO。这项工作对于下一代可能存在类似限制的超大望远镜的波前传感至关重要。
2020-12-22 astro-ph.IM
The Deformable Mirror Demonstration Mission (DeMi) CubeSat: optomechanical design validation and laboratory calibration
未来太空望远镜上的日冕仪将需要精确的波前校正，以探测其宿主恒星附近的类地系外行星。高致动器数的微机电系统（MEMS）可变形反射镜提供具有低尺寸、重量和功率的波前控制。变形镜演示任务（DeMi）有效载荷将演示一个140个致动器的MEMS变形镜（DM），具有\SI{5.5}{\micro\meter}最大行程。介绍了飞行光学机械设计、飞行波前传感器和波前重建器的实验室测试以及波前像差闭环控制的仿真。我们还介绍了紧凑的飞行DM控制器，能够在0- 250 V以14位分辨率驱动多达192个执行器通道。两个嵌入式Raspberry Pi 3计算模块用于任务管理和波前重建。该航天器是一个6 U立方体卫星（30厘米x 20厘米x 10厘米），计划于2019年发射。
2018-07-10 astro-ph.IM
Incorporating Wavefront Error, Wavefront Sensing and Control, and Sensitivities into Exposure Time Calculations for Future Space Missions with the Error Budget Software (EBS)
Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）
本文提出误差预算软件（EBS）用于未来空间任务中将波前误差、波前传感与控制及灵敏度纳入曝光时间计算，以提高类地行星成像性能。
2026-01-09 astro-ph.IM
Utilizing Astrometric Orbits to Obtain Coronagraphic Images
我们提出了一种方法，利用天体测量轨道信息，以提高产量的行星图像和光谱的后续直接检测任务。这种方法是基于一种严格假设的概念，即如果一颗特定的恒星可以被连续观测，那么仪器将及时观测到宜居带的所有部分，这样就不会错过任何居住在其中的行星。这一战略无法在任何现实的特派团设想中实施。但是，如果一颗系外行星的轨道是从天体测量观测中得知的，那么就有可能计划和安排一系列相当于连续观测的成像观测。可以记录一系列在时间上间隔最佳的图像，以检查轨道的连续部分。随着时间的推移，所有的部分都将被检查，导致不可避免地发现行星。在本文中，我们将展示如何天体测量轨道信息可以用来构建这样的序列。使用天体测量和成像目标列表中的恒星，我们发现这个序列中的观测次数通常在2到7之间，代表找到行星所需的最大观测次数。观测值的可能数量在1.5到3.1之间。这是一个显着的改进效率比以前的方法提出利用天体测量轨道。我们研究如何实施这种方法是复杂的，并受到操作限制。我们发现，它可以完全实现内部日冕和视觉零任务，成功率接近100%。外部掩星任务也将受益，但程度较低。
2011-01-06 astro-ph.IM
Design of the vacuum high contrast imaging testbed for CDEEP, the Coronagraphic Debris and Exoplanet Exploring Pioneer
日冕碎片系外行星探测有效载荷（CDEEP）是一个小卫星飞行任务概念，用于星周盘的高对比度成像。CDEEP的设计目的是在可见光波长的散射光中观察圆盘，每个分辨率元素的原始对比度为10^-7（后处理为10^-8）。这种特殊的灵敏度将允许运输为主的碎片盘的成像，量化这些低表面亮度盘的亮度，成分和形态。CDEEP结合了一个离轴望远镜，微机电系统（MEMS）变形镜，和一个矢量涡旋日冕仪（VVC）。这一系统将需要在空间环境中进行严格的测试和鉴定。我们报告的CDEEP任务的概念，和真空兼容的CDEEP原型试验台的状态，目前正在开发中的亚利桑那大学，包括设计开发和模拟结果，以估计性能。
2021-09-26 astro-ph.IM
Low-order wavefront control using a Zernike sensor through Lyot coronagraphs for exoplanet imaging
结合大型分段空间望远镜，日冕照相术和波前控制方法是一个有前途的解决方案，以产生一个黑洞（DH）的观测恒星的日冕照相图像和研究行星的同伴。这种高对比度设施的热和机械演化导致波前漂移，在观测时间内降低DH对比度，从而限制了检索行星信号的能力。Lyot式日冕仪是一种星光抑制系统，它用不透明的焦平面掩模（FPM）去除了观测到的未分辨恒星图像的中心部分，即点扩散函数。当用包含蚀刻针孔的平面镜实现时，掩模通过针孔拒绝部分星光，这可以用于检索关于低阶像差的信息。我们提出了一种主动控制方案，使用Zernike波前传感器（ZWFS）来分析被FPM拒绝的光，控制低阶像差，并稳定DH对比度。在模拟和实验室中表征传感器行为之前，首先提出了概念形式主义。然后，我们进行实验测试，以验证使用ZWFS的HiCAT测试平台上的波前控制回路。通过控制前11个Zernike模式，我们显示了波前误差标准差的减少，通过使用ZWFS的开环和闭环操作之间的一个因子高达9。在存在波前扰动的情况下，我们证明了该控制回路能够将DH对比度稳定在7 × 10 ^-8左右，标准偏差为7 × 10 ^-9。ZWFS的主动控制证明了在Lyot日冕仪中使用FPM过滤光束来控制和稳定低阶波前像差和DH对比度以用于未来空间任务的系外行星成像是一种有前途的解决方案。
2022-04-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
