Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. III. On-sky validation in VLT/SPHERE
使用极端自适应光学和日冕照相术的第二代系外行星成像仪显示了它们在研究近距离星周环境、探测新的伴星和帮助了解它们的物理特性方面的巨大潜力。然而，在非常小的角分离，他们的性能在对比度是有限的几个因素：复杂的望远镜光瞳衍射不完全取消日冕，残留的动态波前误差，色波前误差，和波前误差所造成的非共路像差（NCPA）。在以前的工作中，我们演示了使用泽尔尼克波前传感器称为ZELDA感测NCPA在VLT/SPHERE和他们的补偿。在目前的工作中，我们将进入下一个步骤，使用ZELDA进行NCPA补偿的天空验证。我们开始通过再现以前的结果的内部源，并表明，1和15个周期/瞳孔之间集成的像差的量减少了5倍，这转化为原始对比度的增益在2和3之间低于300 mas。在天空中，我们证明了NCPA补偿工作在闭环中，导致像差量的衰减约为2倍。然而，我们确定了传感器的灵敏度损失，这只能部分解释为内部和天空测量之间的Strehl比的差异。在ExAO校正区域，天空上的日冕成像在原始对比度上最多提高2.5倍。我们使用coronagraphic图像重建的仪器的详细模型的基础上，以证明内部和对天空的原始对比度可以精确地解释，我们建立NCPA补偿后的观察到的性能不再受到限制的不适当的补偿像差，但由当前的变迹光瞳Lyot coronagraphic设计。[删节]
2019-07-25 astro-ph.IM
Redundant Apodized Pupils (RAP) for high-contrast imagers robust to segmentation-due aberrations and island effects
更大范围的系外行星的成像和表征，下至年轻的彗星和系外地球，将需要在小角距处获得非常高的对比度，并增加对像差的鲁棒性，这是驱动当前仪器开发的三个限制。这一目标依赖于在极大直径望远镜上设置的有效日冕仪，如三十米望远镜（TMT），巨型麦哲伦望远镜（GMT）或极大望远镜（ELT）。然而，它们往往会受到特定的像差的影响，这会大大降低日冕的性能：它们的主镜分割意味着相位误差甚至缺失的部分，望远镜的尺寸会产生大的蜘蛛，产生已经在甚大望远镜（VLT）/SPHERE仪器或斯巴鲁望远镜上观察到的低风效应，或自适应光学引起的花瓣效应，在ELT情况下的模拟研究。因此，日冕仪的持续发展必须考虑到它们对这种误差的敏感性。我们提出了一种创新的方法来产生日冕仪鲁棒的主镜相位误差和低风和自适应光学瓣效应。该方法基于片段或花瓣而不是整个瞳孔的变迹，然后重复该变迹以模拟瞳孔冗余。我们验证了这种所谓的冗余切趾光瞳（RAP）的方法上的詹姆斯韦伯太空望远镜一样的光瞳组成的18个六边形段段对齐，并在VLT架构的情况下，剩余的低风效应。
2022-09-13 astro-ph.IM
Estimating low-order aberrations through a Lyot coronagraph with a Zernike wavefront sensor for exoplanet imaging
对系外地球进行成像是一项令人兴奋但具有挑战性的任务，因为这些行星与其主星之间的对比度为10^-10，距离小于100质量。大型分段孔径太空望远镜能够实现观测大量行星所需的灵敏度。结合日冕仪与波前控制，他们提出了一个有前途的途径，以产生一个高对比度的区域，在图像中观察到的恒星。另一个关键方面是望远镜指向，聚焦和望远镜主镜部分的共相位所需的稳定性，以便对岩石行星进行数小时至数天的长时间曝光观测。这些波前误差应该稳定到几十皮米RMS，需要在观测序列期间对这些误差进行永久主动校正。为了校准这些指向误差和其他关键的低阶像差，我们提出了一个波前传感路径的基础上Zernike相衬方法来分析的星光被过滤出的日冕在望远镜焦点。在这项工作中，我们提出了分析检索的传入的低阶像差的星光光束，过滤出的切趾光瞳Lyot Coronaglium，一个领先的coronaglium类型的星光抑制。我们实现这种方法的数值主动控制这些像差，并提出了一个应用程序与我们的第一个实验结果的高对比度成像仪的复杂孔径望远镜（HiCAT）的测试平台，STScI测试平台与未来的大型空间天文台，如LUVOIR和HabEx，两个美国宇航局的旗舰任务概念地球孪生观测。
2020-12-15 astro-ph.IM
The MICADO first light imager for the ELT: MISTHIC simulation pipeline for the high contrast mode of MICADO
本文提出MISTHIC仿真管线，用于模拟MICADO高对比度模式的真实图像并评估其在多种像差和瞳面跟踪策略下的预期性能，以支持ELT科学观测准备。
2024-08-30 astro-ph.IM
Large collaboration in observational astronomy: the Gemini Planet Imager exoplanet survey case
Gemini Planet Imager（GPI）是为Gemini天文台建造的下一代高对比度成像仪。GPI系外行星调查（GPIES）联盟由来自北美、南美和欧洲28个机构的102名研究人员组成。2014年11月，我们开始寻找年轻的木星行星和碎片盘。在本文中，我们讨论了我们如何协调这个庞大的团队所做的工作，以提高该运动的技术和科学生产力，并描述了我们学到的经验教训，可能是有用的，为未来的仪器为基础的天文调查。GPIES的成功主要在于其分散的结构，明确的政策定义，由每个成员签署，以及大量使用现代工具进行通信，交换信息和处理数据。
2016-09-27 astro-ph.IM
Speckle correction in polychromatic light with the self-coherent camera for the direct detection of exoplanets
直接探测是系外行星科学中一个非常有前途的领域。它允许检测具有大分离的同伴，并允许它们的光谱分析。一些行星已经被探测到，并正在进行光谱分析。但是，更小和更冷的行星的完整光谱特征需要在大光谱带宽上具有更高的对比度。日冕仪可以用来达到这些对比度，但它们的效率受到波前像差的限制。这些变形在日冕物质抛射后的焦平面上引起散斑，即星光泄漏。波前像差应直接在科学图像中估计，以避免经典自适应光学中的微分像差的通常限制。在此背景下，我们介绍了自相干相机（SCC）。SCC利用恒星光的相干性在焦平面上产生散斑的空间调制，并估计相关的复电场。用变形镜控制波前，这种技术已经在单色光中达到了高对比度。当前版本SCC的性能在加宽频谱带宽时受到限制。我们将对这些问题及其可能的解决方案进行理论分析。最后，我们将介绍测试台在多色光下的性能。
2017-10-10 astro-ph.IM
Characterization of lemniscate atmospheric aberrations in Gemini Planet Imager data
为了研究大气视宁度对自适应光学成像系统的影响，建立了一个模拟大气视宁度影响的半解析框架。仿真结果表明，由于伺服滞后引起的孔径补偿相位误差具有与风传播方向正交的优先方向，当傅立叶变换到像平面上时，沿风向呈现其特征双纽线形状。我们开发了一个度量，以量化的分数标准偏差的影响，这种像差在一个环中心周围的PSF，并使用望远镜指向相关的大气模型，NOAA GFS的数据与这种效果。我们的结果表明，高度为100-200 hPa（相当于海拔10-15 km）的急流与强蝴蝶高度相关（13.2 $σ$），而地面风和其他层或多或少不相关。
2018-07-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
Fabrication of Pupil Masks for a New Infrared Exoplanet Imager at Keck Observatory
用于系外行星光谱学的切片器与小透镜阵列组合（SCALES）是一种利用W.M.的自适应光学系统在中红外（2-5 μm）波段对系外行星进行直接成像的仪器。凯克天文台。为了消除不必要的热红外辐射，SCALES利用冷光阑来排除背景辐射，并利用带有Lyot光阑的矢量涡旋日冕来抑制星光。优化的几何掩模已被设计。我们模拟了光通过Lyot平面的传播，并分析了K，L和M波段恒星的轴上图像，以了解Lyot光阑的性能。此外，最后的冷停止和Lyot停止的设计与制造公差和离轴抛物柱面镜继电器所造成的光瞳平面的倾斜的影响进行评估。
2022-08-31 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
Empirical Green's Function Approach for Utilizing Millisecond Focal and Pupil Plane Telemetry in Exoplanet Imaging
由于新一代近红外探测器阵列具有亚电子噪声，能够达到kHz的读出速率，毫秒焦平面遥测现在变得实用。将这些数据与波前传感系统同时提供的数据相结合，可以自洽地确定光学像差（准静态散斑的原因）和行星图像。这种方法对于发现距离恒星3 $λ/ D$以内的行星特别有利，因为差分成像是无效的。正如作者最近的一篇文章所示（J. Opt. Soc. Am.一、33，712，2016），必须考虑光学系统的几个非共轭平面中的未知像差，这又需要在这些平面之间计算传播场的能力。这些计算很可能难以实现并且昂贵。在这里，提供了一个更方便的替代方案的基础上经验格林函数。它表明，经验格林函数（EGF），占所有多平面，非共同路径的像差，并导致在一个更容易处理和高度并行的计算问题。它还表明，EGF可以推广到治疗偏振，从而在经验格林张量（EGT）。
2016-07-28 astro-ph.IM
Cold Stop and Lyot Stop Designs for a New Infrared Exoplanet Imager at Keck Observatory
用于系外行星光谱学的圣克鲁斯小透镜阵列（SCALES）是一种仪器，设计用于使用W.M.的自适应光学系统在红外线中直接成像系外行星。凯克天文台。SCALES的性能将在很大程度上受到来自各种源的热传输和发射的影响，包括自适应光学和仪器结构。冷光阑和Lyot光阑的放置可以保持最大和稳定的吞吐量，同时限制仪器结构（诸如主镜段间隙、次级结构和蜘蛛臂）的发射。在这里，我们提出并比较了三个冷停止，一个圆形的内罩与圆形，六边形和锯齿状的外罩配对，以及一个Lyot停止设计。考虑到光瞳章动和反射镜发射率，我们对所有设计的吞吐量和背景发射进行建模，以优化冷光阑和Lyot光阑的尺寸。
2021-09-01 astro-ph.IM
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. II. Concept validation with ZELDA on VLT/SPHERE
温暖或巨大的气体巨行星，褐矮星和附近恒星周围的碎片盘现在经常被大型地面天文台上的专用高对比度成像仪器观测到。这些设施包括极端自适应光学（ExAO）和最先进的日冕照相术，以实现系外行星探测和光谱表征的前所未有的灵敏度。然而，ExAO传感路径和科学路径之间的差异像差代表了检测巨行星的关键限制，这些巨行星的对比度低于几个$10^{-6}$，与其宿主恒星的距离非常小（<0.3 \as）。在我们以前的工作中，我们提出了一种基于Zernike相衬方法的波前传感器来规避这个问题，并在纳米级测量这些准静态像差。我们介绍了ZELDA的设计，制造和测试，这是一个原型，安装在VLT/SPHERE在其重新整合在智利。使用仪器的内部光源，我们进行了测量中的Zernike或傅立叶模式引入的变形镜的存在。我们的实验和模拟结果是一致的，证实了我们的传感器能够以纳米精度测量小像差（<50 nm rms）。然后，我们修正了长寿命的非共路像差的SPHERE的基础上ZELDA测量。我们估计在0.2 \as时冠状造影图像中的对比度增益为10，达到仪器中冠状造影设置的原始对比度极限。ZELDA的设计和相位重建算法的简单性使其成为在线测量观测过程中准静态像差的一个很好的选择。在当前和未来的设施（ELT，未来的空间任务）上实施基于ZELDA的传感路径可以简化对附近恒星周围的冷气体或大质量岩石行星的观测。
2016-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Millisecond Exoplanet Imaging, II: Regression Equations and Technical Discussion
在实现直接成像系外行星和相关结构（如行星）所需的对比度方面的主要困难是，原行星盘）的波长范围从可见光到红外线是准静态的斑点，它们很难在必要的精度水平上与行星区分开来。准静态散斑的来源是硬件像差，其不被自适应光学系统补偿。这些像差称为非共路像差（NCPA）。在2013年，Frazin展示了如何在原则上，波前传感器（WFS）和恒星日冕背后的科学相机的同步毫秒（ms）遥测可以用作回归方案的输入，该回归方案可以同时和自洽地估计NCPA和行星系统的图像（系外行星图像）。回归方法的物理原理相当简单：由WFS测量的波前调制由NCPA引起的散斑，因此可以用作光学系统的探针。作者在2013年的文章中对现实主义最重要的偏离是假设WFS进行了无误差测量。第一部分中的模拟提供了NCPA和系外行星图像的联合回归结果，这些回归来自三种不同的方法，称为理想估计，朴素估计和偏差校正估计。理想估计量在物理上是不可实现的，但作为模拟研究的基准是有用的，但其他两个是，至少在原则上。本文提供了所有这三种估计量的回归方程以及支持性的技术讨论。简而言之，朴素估计器简单地使用有噪声的WFS测量，而不尝试考虑误差，并且偏差校正估计器使用波前的统计知识来处理WFS测量中的误差。
2021-06-30 astro-ph.IM
Redundant apodization for direct imaging of exoplanets 2: Application to island effects
蜘蛛造成的望远镜瞳孔碎裂产生了在各种望远镜上观察到的特定像差，预计在正在建造的大型望远镜上也会出现这种像差。这种所谓的岛效应导致瞳孔瓣上的差动活塞，尖端和倾斜，使仪器PSF变形，并且是用高对比度成像检测系外行星的主要限制之一。这些像差有不同的来源，如低风效应或自适应光学重建中的花瓣误差。在本文中，我们建议通过调整冠状透镜设计以增加其对花瓣级像差的鲁棒性来减轻岛效应对高对比度成像引起的像差的影响。遵循首先针对由于主镜分割引起的误差（段定相误差、缺失段......）而开发的方法，我们开发并测试了冗余切趾瞳孔（RAP），即以花瓣尺度设计的切趾器，然后复制并旋转以模仿瞳孔花瓣几何形状。我们将这一概念应用于ELT结构，它由六个相同的瓣组成，在8到40 λ/D的暗区中产生10^-6的对比度。本文提出的幅度和相位切趾器对瓣之间的差分活塞具有鲁棒性，并且对它们的日冕PSF和对比度水平具有最小的退化。此外，它们对瓣级倾斜误差的鲁棒性也比为整个光瞳设计的切趾器更强，后者在日冕暗区的对比度极限为10^-6，而瓣级模式的RMS限制高达2 rad。RAP概念证明了其对岛屿效应（低风效应和后自适应光学瓣化）的鲁棒性，并将其应用于ELT架构。它也可以考虑用于其他8至30米级的地面单元，如VLT/SPHERE，Subaru/SCExAO，GMT/GMagAO-X或TMT/PSI。
2022-06-02 astro-ph.IM
Vortex coronagraphs for the Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) concept: theoretical performance and telescope requirements
可居住系外行星成像任务（HabEx）的概念需要一个光学日冕，提供在宽光谱带宽，高吞吐量的点源在小角度分离，并随时间变化，低阶像差不敏感的深星光抑制。涡旋日冕仪是一种很有前途的解决方案，在离轴的单片望远镜上表现最佳，也可以设计用于性能损失较小的分段望远镜。我们描述了离轴望远镜上的涡旋日冕仪的主要优点：1）由于像差引起的不必要的衍射在几个低阶Zernike模式中被被动地拒绝，放松了对成像类地行星的波前稳定性要求，从<10 to >100 pm rms。2)角直径>0.1 $λ/D$的恒星可能被充分抑制。3)行星的绝对吞吐量大于10%，即使对于不利的望远镜架构。4)宽带解决方案（$Δλ/λ>0.1$）可用于单片和分段孔径。后者利用上游光瞳平面中的灰度变迹器来提供对来自望远镜光瞳中的振幅不连续性的衍射光的抑制，而不会在可变形反射镜上引起额外的行程。我们设置波前稳定性要求的望远镜，恒星的辐照度阈值设置在3 $\pm$ 0.5 $λ/D$从恒星的角间距的基础上，并讨论如何通过交易的鲁棒性，行星吞吐量的像差，一些要求可能会放宽。
2018-03-11 astro-ph.IM
Estimation and correction of wavefront aberrations using the self-coherent camera: laboratory results
对系外行星的直接成像需要非常高的对比度，这是使用日冕仪获得的。但是残留的准静态像差在日冕下游的焦平面上产生了斑点，掩盖了行星。这个问题出现在地面仪器和空间望远镜中。在日冕镜上游使用可变形反射镜对这些波前误差进行主动校正是强制性的，但是传统的自适应光学受到差分路径像差的限制。必须采用专用技术直接在科学焦平面上测量相位和振幅误差。首先，我们提出了一种方法，用于估计相位和振幅像差上游的日冕从散斑复杂的领域在下游焦平面。然后，我们提出了自相干相机，它利用光的相干性对焦平面散斑进行空间编码，并恢复相关的复场。这使我们能够在闭环中估计和补偿日冕上游的像差。我们进行了数值模拟以及实验室测试，使用四象限相位掩模和32 x32致动器变形镜。我们在实验室中展示了我们实现稳定闭环并补偿相位和幅度准静态像差的能力。我们确定了最适合的参数值来实现我们的技术。在焦平面中，在2和12 λ/D之间的对比度优于10-6，在7和11 λ/D之间的对比度甚至达到3.10-7（RMS）。对比度水平似乎主要受到可变形镜表面产生的振幅缺陷和检测器动态的限制。这些结果是有希望的未来应用到一个专门的空间任务的系外行星的特性。已经确定了一些可能的改进。
2013-09-09 astro-ph.IM
The Planetary Systems Imager: 2-5 Micron Channel
我们总结了行星系统成像仪（PSI）的红色通道（2-5微米），这是TMT的第二代仪器。寒冷的系外行星发出的大部分光都是热红外线，这意味着这些系外行星可以在比其他波长更温和的对比度下被探测到。PSI-Red将能够探测和表征各种系外行星，包括宽轨道上的径向速度行星，附近恒星形成区域的吸积原行星，以及最近恒星周围的反射光行星。PSI-Red将配备一台成像仪、一台低分辨率小透镜积分场摄谱仪、一台中分辨率小透镜+切片器积分场摄谱仪和一台光纤馈电高分辨率摄谱仪。
2018-08-09 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
A Statistical Framework for Utilization of Simultaneous Pupil Plane and Focal Plane Telemetry for Exoplanet Imaging, Part II: The Science Camera Image as a Function of the Wavefront Sensor Field
为了超越超大望远镜（ELT）时代系外行星差分成像的局限性，本系列的第一篇论文建立了一个严格的全偏振框架，用于确定科学相机（SC）图像，给出了湍流波前和光学系统多个平面中的未知像差。本文建立在论文I中开发的结构上，以严格地表达偏振SC图像中的波前传感器（WFS）上的场冲击，从而提供了两个子系统中的测量之间的直接连接。该公式允许SC图像被写入WFS测量的函数，包括以下未知量，其原则上可以通过统计推断来估计：非共路像差（NCPA）、WFS增益误差、分束器下游的像差和行星图像。它表明，WFS的偏差误差是数学上等价的NCPA。因此，在具有处理WFS偏差和增益的能力的情况下，该方法不应对WFS校准问题过度敏感。重要的是，这个公式包括随机过程，代表噪声测量的SC图像，噪声WFS测量，和高频分量的波前WFS是不敏感的。结果表明，波前误差由于噪声在WFS测量有一个方便的半解析表示WFS测量算子的奇异函数。此外，这些过程的一阶和二阶统计量被指定，从而为本系列后面的论文中描述的统计推断方法的应用奠定了基础。
2016-02-17 astro-ph.IM
Challenges and limitations of future exoplanet space imagers
本文探讨了未来造价110亿美元、直径至少6米的Habitable World Observatory空间望远镜在表征类地系外行星时面临的技术挑战，指出需设计能在低角分离下实现极高对比度的光谱成像仪，并分析了仍需克服的障碍。
2023-11-23 astro-ph.IM
The Keck Planet Imager and Characterizer: A dedicated single-mode fiber injection unit for high resolution exoplanet spectroscopy
凯克行星成像仪和表征仪（KPIC）是一种专用仪器，用于演示最初为系外行星直接成像领域开发的新技术和仪器概念。KPIC位于当前Keck II自适应光学系统的下游，包含一个光纤注入单元（FIU），能够将自适应光学系统的高对比度成像能力与当前Keck高分辨率红外光谱仪（NIRSPEC）的高色散光谱能力相结合。该仪器于2018年9月部署在Keck，已用于获取多个目标的高分辨率光谱（$R > 30,000$）。在近期，它将用于对已知的直接成像的系外行星和北半球可见的低质量褐矮星伴星进行光谱表征，其光谱分辨率高到足以进行自旋和行星径向速度测量以及大气天气现象的多普勒成像。在这里，我们提出了设计的FIU，独特的校准程序需要操作一个单模光纤仪器和系统性能。
2021-07-27 astro-ph.IM
Improving VLT/SPHERE without additional hardware: Comparing quasi-static correction strategies
本文比较了VLT/SPHERE的准静态像差校正策略，重点展示暗区算法在不增加硬件条件下提升高对比度成像性能的在天空测试结果。
2023-05-31 astro-ph.IM
The Keck Planet Imager and Characterizer: Demonstrating advanced exoplanet characterization techniques for future extremely large telescopes
凯克行星成像仪和表征仪（KPIC）是凯克II自适应光学系统的升级版，能够在中红外（2-5微米）对巨型系外行星进行高对比度成像和高分辨率光谱表征。KPIC仪器将分阶段开发。第一阶段需要安装一个基于快速，低噪声SAPHIRA IR-APD阵列的红外金字塔波前传感器（PyWFS）。超灵敏的红外PyWFS将使高对比度的研究婴儿系外行星周围的冷，红色，和/或模糊的目标在恒星形成区域。此外，PyWFS下游的光将在有源光纤注入单元（FIU）的帮助下耦合到单模光纤阵列中。反过来，这些光纤将光路由到Keck的高分辨率红外光谱仪NIRSPEC，从而首次实现了高色散日冕仪（HDC）。HDC最佳地将高对比度成像和高分辨率光谱学结合在一起，可以详细描述系外行星的大气层，包括分子组成，自旋测量和多普勒成像。在这里，我们提供了一个概述的仪器，其科学范围，并报告最近的结果，从天空调试的第一阶段。仪器设计和开发的技术将是未来超大望远镜所需的更先进仪器概念的关键。
2019-09-10 astro-ph.IM
A virtual coronagraphic test bench for SHARK-NIR, the second-generation high contrast imager for the Large Binocular Telescope
在这篇文章中，我们提出了一个模拟器设想的概念研究的一个AO馈高对比度日冕照相成像仪。模拟器实现物理光学：复杂的扰动（电场）通过任何用户定义的光学训练以端到端的方式进行菲涅尔传播。大气残余像差的影响及其随时间的演化可以通过在输入中引入相位屏的时间序列来再现：然后通过共同添加瞬时PSF来生成合成图像。这使得可以高精度地研究AO校正对不同积分时间和观察条件下图像质量的影响。此外，通过方便地详细描述光学模型，用户可以轻松地实现任何冠状设置，并在任何位置引入光学像差。此外，生成多个图像可以允许在应用差分后处理算法（例如，角度差分成像）之后探索检测极限。该模拟器是在SHARK-NIR的设计框架内开发的，SHARK-NIR是为大型双目望远镜选择的第二代高对比度成像仪。
2018-08-02 astro-ph.IM
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
Connecting Polarization to Exoplanet Yield Calculations for HWO
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心）；University of Arizona（亚利桑那大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究偏振像差对HWO探测类地行星能力的影响，通过物理光学建模与产率优化器结合，分析偏振随入射角变化的缩放关系，并提出缓解策略。
2026-06-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
Segmented Vortex Telescope and its Tolerance to Diffraction Effects and Primary Aberrations
我们提出的分段大毫米波望远镜（LMT/GTM），作为最大的空间光调制器能够产生涡旋光束的整数拓扑电荷。这种观测模式可用于毫米或亚毫米波段的直接系外行星搜索。我们研究了涡流结构的稳定性，对像差和衍射效应固有的大小和分段性质的收集器反射镜。在存在低阶像差的情况下，系统的焦点分布保持稳定。我们的结果表明，这些影响取决于拓扑电荷的涡旋和相对取向的相对天线轴的像差。彗差和散焦在焦平面处的图像中没有显示出大的影响，然而系统对像散非常敏感。用随机像差模拟的热湍流表明，系统的行为类似于像散使涡旋分离。我们提出了一种新的方法，用于检测附近恒星周围的拱星盘外的巨行星的分段旋涡望远镜。由于我们的结果是适用于其他设施的分割表面，我们建议，这种想法应被视为一种定期的观测模式，干涉测量方法的补充。
2013-01-28 astro-ph.IM
The Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager (ETSI)
我们提出了一种新的仪器的设计调整，以检测过境系外行星大气。我们称之为系外行星透射光谱成像仪（ETSI）的仪器使用了一种名为公共路径多波段成像（CMI）的新技术。ETSI使用棱镜和多波段滤波器，在系外行星凌日期间，在$430-975nm$的两个探测器上同时成像15个光谱带通（平均光谱分辨率为$R = λ/Δλ= 23$）。该仪器的原型实现了光子噪声限制的结果低于大气振幅闪烁噪声限制。ETSI可以在相对较短的时间内用一个中等大小的望远镜探测系外行星大气的存在和组成。我们展示了仪器的光学设计。进一步讨论了ETSI仪器的科学性所驱动的棱镜和多波段滤光片的设计技术。我们描述了即将与ETSI的调查，将测量几十个系外行星大气光谱在$\sim2$年的两米望远镜。最后，我们将讨论ETSI将如何成为跟踪所有过境明亮恒星的气体巨型系外行星的强大手段，包括许多最近发现的TESS（NASA的过境系外行星调查卫星）系外行星。
2020-12-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Air, Telescope, and Instrument Temperature Effects on the Gemini Planet Imager's Image Quality
双子座行星成像仪（GPI）是一种近红外仪器，使用自适应光学（AO）、日冕仪和先进的数据处理技术来获得系外行星的高对比度图像。GPI系外行星巡天（GPIES）是一项600颗恒星的巡天活动，旨在探测和表征轨道距离大于5 au的年轻、大质量和自发光系外行星。科学观测与环境数据同时进行，揭示了望远镜环境中的湍流信息以及GPI AO系统的局限性。以前的工作已经表明，湍流的时间尺度，Tau0，是一个强大的预测AO性能，但分析的圆顶湍流AO性能还没有做过。在这里，我们研究图像对比度和残余波前误差（WFE）与温度测量从内部和外部的圆顶多个位置之间的相关性。我们的分析表明，GPI的性能与望远镜主镜和外部空气之间的温差最相关。我们还评估了目前的温度控制和通风策略在南双子座（GS）的影响。
2018-07-18 astro-ph.IM
Exoplanet direct imaging in ground-based conditions on THD2 bench
下一代地面仪器的目标是通过对始终更接近恒星的星周环境进行成像来突破我们对系外行星的了解。然而，直接成像需要一个AO系统和高对比度的技术，如日冕，以拒绝衍射光的观察星和一个额外的波前传感器，以控制准静态像差，包括非共路像差。为了观察微弱的物体，需要具有亚纳米波前控制能力的焦平面波前传感器。在过去的几年中，我们开发了THD 2工作台，这是一个高对比度成像技术的测试平台，工作在可见光和近红外波长，目前在太空模拟条件下达到低于1 e-8的对比度水平。我们最近在光路上增加了一个湍流轮，它模拟了一个典型的极端自适应光学系统给出的残差，我们测试了几种方法来消除准静态散斑。估计像差的一种方法是称为成对探测的方法，在该方法中，我们记录具有我们应用于自适应光学可变形反射镜上的已知形状的少数图像。一旦估计，我们寻求通过称为电场共轭的算法来最小化焦平面电场。在本文中，我们提出的第一个结果THD 2工作台上使用这两种技术在湍流条件下。然后，我们比较所取得的性能与预期的所有准静态散斑校正时。
2019-10-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
On-sky validation of image-based adaptive optics wavefront sensor referencing
区分系外行星信号和残余斑点噪声是高对比度成像中的一个关键挑战。散斑是由大气湍流和仪器光学引入的快速、慢速和静态波前像差的组合引起的。虽然在过去十年中开发的波前控制技术在最大限度地减少快速大气残差方面表现出了希望，但慢速和静态像差（如非共路像差（NCPA））仍然是系外行星探测的关键限制因素。NCPA不能被自适应光学（AO）环路的波前传感器（WFS）检测到，因此难以校正它们。我们建议改进这些畸变的识别和拒绝。该算法DrWHO，执行频繁的静态和准静态像差的补偿，以提高图像对比度。通过在算法的每次迭代中改变WFS参考，DrWHO改变了AO收敛点，使其朝向静态和慢速像差的补偿。使用迭代幸运成像方法计算参考，其中每次迭代更新WFS参考，最终有利于高质量的焦平面图像。我们通过数值模拟和在8.2米斯巴鲁望远镜的SCExAO仪器上进行的天空测试来验证这一概念。模拟结果表明，82%的NCPA的校正快速收敛。空中测试在可见光（750 nm）下进行10分钟以上。我们引入了一个通量浓度（FC）度量来量化的点扩散函数（PSF）的质量和测量15.7%的改善。DrWHO算法是一种强大的焦平面波前传感校准方法，已成功地在天空中演示。它不依赖于模型，也不需要波前传感器校准或线性。它与不同的波前控制方法兼容，并且可以进一步优化速度和效率。
2021-10-28 astro-ph.IM
Deformable mirror interferometric analysis for the direct imagery of exoplanets
对系外行星系统的直接成像需要使用日冕仪，以在小的角间距（0.1 "）下达到高对比度（10 ^-8至10 ^-11）。然而，这些设备的性能受到像差（由大气或光学器件引入的相位或振幅）的极大限制。因此，日冕仪必须与极端自适应光学系统相结合，该系统由焦平面波前传感器和高阶可变形反射镜组成。这些自适应光学系统必须在1kHz的速率下达到小于0.1nm（RMS）的校正波前中的残余误差。此外，变形镜的表面缺陷，从制造过程中固有的，必须加以限制，以避免引入振幅像差。巴黎天文台（LESIA）研制了一个实验性的高对比度工作台。该工作台包括由1024个致动器组成的Boston Micromachine可变形反射镜。为了对其表面和性能进行精确分析，我们在马赛天文台（LAM）自2004年以来开发的干涉仪工作台上对其进行了表征。在本文中，我们提出了这种干涉工作台以及分析的结果。这将包括精确的表面表征和致动器行为的描述，在10 × 10的致动器范围内（单个致动器的行为，相邻致动器之间的串扰研究，卡住致动器的影响）和全镜尺度（一般表面形状）。
2017-10-10 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
Minimization of non common path aberrations at the Palomar telescope using a self-coherent camera
系外行星成像的两个主要优点是发现恒星系统外部的物体-限制行星形成的模型-以及它能够用光谱描述行星的特征-关于行星大气层的信息。然而，这是具有挑战性的，因为系外行星比它们的恒星暗1 e10倍，并且相隔几分之一弧秒。目前的仪器，如SPHERE/VLT或GPI/Gemini探测年轻和大质量的行星，因为它们受到非共路像差（NCPA）的限制，这些像差不能由自适应光学系统校正。为了探测更暗的系外行星，需要能够最小化NCPA的新仪器。一种解决方案是自相干相机（SCC）焦平面波前传感器，其性能在实验室中得到证明，在类空间条件下，在角间距低至2L/D的情况下，将星光衰减高达几个1 e8的因子。在本文中，我们证明了SCC的天空中的第一次。我们在黑尔望远镜的恒星双日冕仪（SDC）上安装了一个SCC。我们使用内部源来最小化限制涡旋电晕放电性能的NCPA。然后，我们将其与Palomar使用的标准程序进行了比较。对于内源，我们证明了SCC在1.5和5L/D之间将日冕照相检测限提高了4到20倍。使用这种SCC校准，天空对比度在2和4L/D之间提高了5倍。这些结果证明了SCC在现有仪器中实施的能力。本文着重介绍了自相干相机的两个优点。首先，SCC可以最小化视场中的散斑强度，特别是那些非常接近恒星的散斑强度，因为许多系外行星将被发现。然后，SCC在科学时间内具有100%的效率，因为每个图像都可以用于科学和NCPA最…
2019-09-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Rapid characterization of exoplanet atmospheres with the Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager (ETSI)
本文介绍了系外行星透射光谱成像仪（ETSI），通过结合低分辨率光谱仪与多波段滤光片，利用共径多波段成像技术，仅需中等口径望远镜即可在单次凌星中快速表征系外行星大气，实现近光子极限观测以筛选后续高价值目标。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Polarization-dependent beam shifts upon metallic reflection in high-contrast imagers and telescopes
本研究利用偏振光线追迹和闭式光束位移理论解释金属反射导致的偏振像差，指出空间 Goos-Hänchen 与 Imbert-Federov 位移会削弱日冕仪和偏振散斑抑制，并提出通过大 f 数、小入射角及近180°相位延迟镀膜加以缓解。
2023-09-28 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
Increasing the raw contrast of VLT/SPHERE with the dark hole technique. I. Simulations and validation on the internal source
上下文自1995年首次发现围绕主序星运行的系外行星以来，已经使用多种技术发现了4000颗系外行星。然而，只有少数这些系外行星是通过直接成像探测到的。事实上，星周环境的成像需要高对比度的成像设备和波前像差的精确控制。地基行星成像仪，如VLT/SPHERE或Gemini/GPI已经展示了出色的性能。然而，它们的检测极限受到自适应光学（AO）不可见的像差的次优校正的阻碍。目标。我们的目标不是像标准AO那样专注于光瞳平面的相位最小化，而是直接最小化日冕仪后面的SPHERE科学相机中的恒星残光，以提高对比度，尽可能接近内部工作角。方法.我们提出了一个黑洞（DH）的战略优化的球体。我们使用数值模拟来预测这种策略对不同AO能力的仪器整体性能的全球改善，特别是在SPHERE升级的背景下。然后，我们测试了我们的算法上的内部源与AO在闭环。结果我们证明了我们的DH策略可以校正相位和幅度的畸变。此外，与在光瞳平面处操作的方法不同，这种方法具有强烈减少由望远镜光瞳和日冕引起的衍射图案的能力。我们的策略使我们能够在几分钟内使用SPHERE内部光源在150 mas处达到5e-7的对比度。该实验为在不久的将来在天空中实现该算法奠定了基础。
2020-05-05 astro-ph.IM
Experimental validation of active control of low-order aberrations with a Zernike sensor through a Lyot coronagraph
未来的大型分段式太空望远镜及其日冕仪有望提供足够的分辨率和灵敏度，以观测距离主星小于100质量的10^10对比度的类地行星。先进的日冕仪和波前控制方法将使高对比度黑洞的观测恒星的图像中产生。然而，系统的光路中的漂移将导致指向误差和其他关键的低阶像差，这将阻止该对比度的维持。为了测量和纠正这些错误，我们探讨了使用Zernike波前传感器（ZWFS）的星光拒绝和过滤的焦平面掩模的Lyot型日冕。在我们以前的工作中，ZWFS的分析相位重建形式主义被改编为过滤光束。我们现在探索的策略，积极补偿这些漂移在一个分段的瞳孔设置的高对比度成像仪的复杂孔径望远镜（HiCAT）。这一贡献提出了实验室的结果，从闭环补偿的工作台内部湍流以及已知的引入像差使用相位共轭和相互作用矩阵的方法。我们还研究了在像面黑洞中使用基于ZWFS的闭环时的对比度恢复。
2021-09-03 astro-ph.IM
AIROPA II: Modeling Instrumental Aberrations for Off-Axis Point Spread Functions in Adaptive Optics
单共轭自适应光学（AO）获得的图像显示的点扩散函数（PSF）的空间变化，由于大气的非等晕性和仪器像差。对整个视场中PSF的了解不足，严重影响了充分利用AO功能的能力。AIROPA项目旨在为凯克天文台的NIRC 2成像仪模拟这些PSF变化。在这里，我们提出了在整个NIRC 2视场的仪器相位像差的表征，我们提出了一个新的度量标准，用于量化的校准质量，未解释的方差分数（FVU）。我们使用人工光源上获得的相位分集测量来表征整个视场的像差的变化及其随时间的演变。我们发现，整个探测器的波前误差（残差的均方根值为94 nm）存在着日变化，而整个视场的微分像差非常稳定（不同历元之间的残差的均方根值为59 nm）。这意味着仪器校准只需要经常在探测器的中心进行监控，而视场中更耗时的变化可以不那么频繁地进行表征（最有可能是在硬件升级时）。此外，我们还通过实际的光纤图像数据对AIROPA的仪器模型进行了测试。我们发现，建模的PSF的变化在整个视野中提高了60%的FVU度量，并减少了70%的假源的检测。
2022-10-20 astro-ph.IM
DUET: Design of a simultaneous InGaAs--CCD split-beam imager for ultra-cool dwarf exoplanet transit survey
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Astrobiology Research Unit, Université de Liège（列日大学天体生物学研究单元）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
为探测超冷矮星系外行星，设计DUET双通道成像仪，用955纳米二向色分束器将光分至不同探测器实现同时测光，选近红外滤光片抑制PWV影响，还介绍了光学、机械、探测器及控制系统等设计。
2026-07-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Planet Formation Imager: Project Update
行星形成成像仪（PFI）是一个近红外和中红外干涉仪项目，其驱动科学目标是直接成像行星形成的关键阶段，包括年轻的原行星本身。在这里，我们将介绍科学工作组（SWG）工作的最新情况，包括在行星形成的组装阶段对尘埃结构的新模拟，以及作为质量和年龄函数的吸积和非吸积年轻系外行星的定量检测效率。我们使用这些结果来激励两个参考PFI设计，包括a）12个3米望远镜，最大基线为1.2公里，专注于年轻的系外行星成像，b）12个8米望远镜，优化了更广泛的年轻系外行星和原行星盘成像到150 K H2O冰线。ESO/VLTI配备了4x 8米的望远镜，原则上已经可以探测到年轻的系外行星，而MATISSE、Hi-5和Heimdallr等项目是重要的PFI探路者。我们还讨论了使PFI更负担得起的技术发展状况，包括廉价，小视场，大孔径望远镜的新设计的进展和基于立方体卫星的空间干涉测量的前景。
2018-07-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-contrast imaging in polychromatic light with the self-coherent camera
上下文在对系外行星直接成像的背景下，日冕仪通常被提议达到所需的非常高的对比度水平。然而，波前像差在其焦平面中引起散斑并限制其性能。目的。使用可变形反射镜的日冕上游的这些波前像差的主动校正是强制性的。这些像差需要校准，科学频道的焦平面波前传感技术正在开发中。其中之一，自相干相机，其中我们提出了最新的实验室结果。方法.我们在这里提出了一个增强的方法：我们直接最小化的散斑场在焦平面上的复振幅。使用四象限相位掩模日冕仪和32 x32致动器可变形反射镜的实验室测试在不同带宽的单色光和多色光中进行。结果在5 - 12 λ/D范围内，我们在单色光的焦平面上获得了优于3.10^-8（RMS）的对比度水平，以校正相位和振幅像差。在窄带（10 nm）中，同一区域的对比度水平为4.10^-8（RMS）。结论.对比度水平目前受到工作台上振幅像差的限制。我们确定了几个改进，可以实施，以提高我们的光学工作台在单色光以及在多色光的性能。
2014-02-24 astro-ph.IM
Control algorithms for dual-wavefront sensor single-conjugate adaptive optics
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出基于双波前传感器单共轭自适应光学的控制算法，通过时间滤波缓解NCP像差转移，提升科学图像质量。
2026-01-20 astro-ph.IM
Ground-Based Reconnaissance Observations of 21 Exoplanet Atmospheres with the Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager
使用ETSI仪器和CMI技术对21颗系外行星大气进行地基透射光谱侦察观测，证实其精度媲美天基观测，显著降低了观测成本，为JWST等后续观测提供了优先级排序。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
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
An optimised survey strategy for the ERIS/NIX imager: searching for young giant exoplanets and very low mass brown dwarfs using the K-peak custom photometric filter
我们提出了最佳的调查策略，即将到来的NIX成像仪，ERIS仪器的一部分，安装在甚大望远镜（VLT）。我们将使用定制的2.2微米K峰滤波器来优化未来大规模直接成像调查的效率，旨在探测附近恒星周围的棕矮星和巨行星。我们使用以前的大规模成像调查（主要是SPHERE SHINE和Gemini GPIES）的结果来告知我们对目标的选择，以及改善行星人口分布。我们提出了四种可能的方法来优化调查目标列表，以获得最高的检测收益：i）针对具有异常自行趋势的物体，ii）对SPHERE SHINE和Gemini GPIES的密集场进行后续调查iii）调查附近的恒星形成区域和iv）针对附近年轻移动群体的新发现成员。我们还比较了NIX与其他最先进的直接成像仪器的预测性能。
2022-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Exploring reinforcement learning to enhance focal-plane wavefront control for vortex coronagraphs
STAR Institute, Université de Liège（列日大学 STAR 研究所）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）
本研究针对地面望远镜高对比度成像的非共光路像差问题，采用强化学习与焦平面波前传感，测试PO4NCPA算法在不同涡日冕仪上的性能，验证其灵活性。
2026-09-02 astro-ph.IM
Status and performance of the Gemini Planet Imager adaptive optics system
双子座行星成像仪是一种高对比度近红外仪器，专门设计用于在狭窄的视野范围内对系外行星和星周盘进行成像。我们使用科学数据和AO遥测在第一个1.5年的GPI系外行星调查，以量化AO系统的性能。在典型的60秒H波段曝光中，GPI在0.4”处实现了10 $^{-4}$的5 $σ$原始对比度;对于完整的1小时序列，典型的最终5 $σ$对比度比原始对比度好10倍以上。我们发现，对比度是有限的带宽波前误差超过大部分的PSF。初步的探索性因素分析可以解释60-70%的变化，在原始对比与组合的视宁度和波前误差指标。我们还研究了更高的环路增益对比度的影响，通过比较波前误差图重建AO遥测并发IFS图像。这些结果指出了GPI性能可以在软件或硬件中改进的几种方法。
2016-09-27 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
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
Exoplanet Detection via Differentiable Rendering
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Northwestern University（西北大学）；University of Toronto（多伦多大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出基于可微渲染的方法，利用波前传感数据改进系外行星直接成像中的星光扣除，并在詹姆斯·韦伯空间望远镜仿真中显著提升对比度和探测极限。
2025-01-03 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.CV
