On-sky demonstration of matched filters for wavefront measurements using ELT-scale elongated laser guide stars
自适应光学系统的性能部分地取决于实时控制系统中用于计算波前斜率测量的算法。我们演示了使用匹配滤波器算法处理细长的激光导星（LGS）夏克-哈特曼图像，使用的是4.2米威廉赫歇尔望远镜和欧洲南方天文台Wendelstein LGS单位放置40米远的CANARY自适应光学仪器。这个算法已经被选择用于即将到来的30米望远镜，但直到现在还没有在天空中演示过。从第一次观测运行的结果，我们表明，匹配滤波的使用提高了我们的自适应光学系统的性能，增加在天空H波段Strehl测量到约1.1的因素，相对于传统的重心的方法。我们描述了所使用的算法，以及我们实现的方法，使天空演示。
2017-02-13 astro-ph.IM
Impact of microlens shape on the performance of Laser Guide Star wavefront sensors for ELT-class telescopes
Aix Marseille University, CNRS, CNES, LAM（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家空间研究中心，天体物理与行星学实验室）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，马赛中央理工学院，费斯奈尔研究所）；DOTA, ONERA（航空与航天技术研究院）；Space ODT – Optical Deblurring Technologies（太空光学去模糊技术公司）
本文以MORFEO-HARMONI LGS波前传感器为案例，量化微透镜形状缺陷对ELT级望远镜LGS波前传感的影响，提出相关模型并经实验验证，结果可推广至GMT、TMT等大型望远镜的LGS系统。
2026-07-30 astro-ph.IM
Development of an ELT XAO testbed using a Mach-Zehnder wavefront sensor: calibration of the deformable mirror
极自适应光学（XAO）在满足未来超大望远镜的高速度（> 1 kHz）、高精度和高次要求方面遇到了严重的困难。一种创新的高阶自适应光学系统使用自参考马赫-曾德尔波前传感器（MZWFS）允许抵消这些限制。该传感器通过测量两个输出之间的强度差来非常精确地估计小空间尺度下的波前相位，其中在其两个支路之间具有$λ/4$路径长度差，但是由于相位模糊而在动态范围中受到限制。在过去的几年里，我们的团队在8米级望远镜的框架内研究了这样一个XAO系统。在这项工作中，我们报告了我们最近在实验室安装的XAO测试平台的最新结果，并致力于使用30米级望远镜（如E-ELT或TMT）进行高对比度成像。在回顾了MZWFS的原理并描述了我们实验的光学布局之后，我们将展示低音-高音相位校正器的评估结果，即，Boston Micromachine连续膜可变形反射镜（DM）和Boulder非线性系统液晶空间光调制器（SLM）。特别是，我们将详细介绍使用Zygo干涉仪计量的DM的校准。我们的方法包括在膜变形的精确测量，同时施加恒定的变形9出140致动器在同一时间。通过在DM工作范围内改变戳电压，我们提出了一种简单而有效的方法，使用高斯模型建模DM影响函数。最后，我们展示了允许补偿低阶像差的MZWFS上的DM平坦化。
2015-09-28 astro-ph.IM
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
MAORY/MORFEO and rolling shutter induced aberrations in laser guide star wavefront sensing
用于下一代超大望远镜（ELT）的激光导星（LGS）Shack-Hartmann（SH）波前传感器需要低噪声、大幅面（约1 Mpx）、快速的探测器，以满足大量子孔径和非常细长光斑的良好采样的需求。为满足这一需求而设想的一种途径是采用具有滚动快门读出方案的CMOS检测器，其允许以由于检测器行在不同时刻曝光而导致的图像失真为代价的低读出噪声和快速读出时间。在这项工作中，我们分析了滚动快门读出方案的影响时，用于LGS SH波前传感的多共轭自适应光学中继ELT观测（MORFEO，以前称为MAORY）用于ESO ELT;特别地，我们关注在快速变化像差的情况下由滚动曝光产生的畸变诱导像差对自适应光学校正的影响，像来自由于激光束的上行链路传播而引起的LGS倾斜抖动的那些。我们发现，LGS抖动引起的像差MORFEO可以高达100 nm rms，我们讨论了可能的缓解策略。
2022-08-04 astro-ph.IM
Maximising the mid-infrared high-contrast performance of ELT/METIS despite water vapour seeing
STAR Institute, Université de Liège（列日大学STAR研究所）；Department of SPASE, Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院SPASE系）；Australian Astronomical Optics & School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学澳大利亚天文光学与数理学院）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）
针对水汽视宁降低ELT/METIS高对比度性能的问题，该研究分析其波前误差影响，提出基于非对称光瞳和深度学习的焦平面波前控制算法以缓解效应，提升性能。
2026-08-03 astro-ph.IM
No need to modulate: On-sky results of a Neural Network enhanced pyramid wavefront sensor and prospects for the ELTs
NOVA, Netherlands Research School for Astronomy（NOVA，荷兰天文学研究学校）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；Steward Observatory, University of Arizona（斯图尔德天文台，亚利桑那大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理学中心，西蒙斯平研究所）；Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan（昴星团望远镜，日本国立天文台）；Astrobiology Center, National Institutes of Natural Sciences（天体生物学中心，自然科学研究院）；Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（怀扬光学科学学院，亚利桑那大学）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）；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）
该研究实现了CNN重构的uPWFS，在MagAO-X上验证了其在轨校正效果，为未来极大望远镜的高对比度仪器提供了可行技术。
2026-08-26 astro-ph.IM
MAORY: A Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY for ELT
MAORY是ELT的自适应光学模块，为两种不同的客户仪器提供具有相同光学质量的两个重力不变端口。它通过实时补偿由大气湍流引起的波前畸变，实现了近红外大视场（~1 arcmin ~ 2）的高角分辨率观测。波前传感由激光和自然导星执行，而波前传感器补偿由MAORY中的自适应可变形镜执行，该自适应可变形镜分别与望远镜的自适应和倾斜镜M4和M5一起工作。
2021-03-20 astro-ph.IM
Key wavefront sensors features for laser-assisted tomographic adaptive optics systems on the Extremely Large Telescope
激光导星波前传感器是层析自适应光学系统的关键部件。然而，当考虑到极大望远镜（ELT）尺度时，LGS光斑的伸长变得如此之大，以至于它挑战了设计LGSWFS的标准配方。对于经典的Shack-Hartmann波前传感器（SHWFS），其是所有ELT LGS辅助仪器的当前基线，需要在光瞳空间采样[子孔径（SA）的数量]、SA视场（FoV）和每个SA内的像素采样之间进行权衡。对于ELT尺度，这种权衡也受到强大的技术限制的驱动，特别是关于可用的检测器，特别是它们的像素数量。对于SHWFS，每个SA的较大视场允许减轻LGS光斑截断，这表示由于测量偏差而导致的严重性能损失。对于给定数量的可用检测器像素，SA FoV与LGS点的适当采样和/或SA的总数竞争。我们提出了一个敏感性分析，我们探讨这些参数如何影响最终的性能。特别是，我们引入了超分辨率的概念，它允许一个减少每个WFS的光瞳采样，并打开了一个机会，提出潜在的LGSWFS设计提供最佳性能的ELT规模。
2022-06-22 astro-ph.IM
Prototype of a laser guide star wavefront sensor for the Extremely Large Telescope
新型的大型望远镜，作为未来的ELT，被设计成与激光引导星（LGS）一起工作，激光引导星被调谐到大气钠原子的共振。由于主要与LGS的有限距离、发射角、尖端倾斜不确定性和聚焦非等晕性有关的许多原因，这种波前感测技术对于应用于大型望远镜提出了复杂的问题。在MAORY的相位研究开始时，LGS波前传感器（WFS）的实验室原型的实施，ELT第一光的多共轭自适应光学RelaY，对于研究LGS WFS问题的具体缓解策略是必不可少的。本文给出了LGS WFS样机在不同工况下的试验结果。在Shack-Hartmann（SH）WFS上生成的LGS图像的准确度已与MAORY模拟代码进行了交叉检查。实验研究了噪声对质心定位精度的影响、LGS图像截断对波前传感精度的影响以及钠浓度分布和LGS图像欠采样的时间演化规律。
2018-04-19 astro-ph.IM
MAORY/MORFEO and LIFT: can the low order wavefront sensors become phasing sensors?
用于ELT观测的多共轭自适应光学中继器（MORFEO，以前称为MAORY）是用于极大望远镜（ELT）的自适应光学（AO）模块，旨在为用于深度观测的多AO成像相机（MICADO）和未来的客户仪器提供1弧分的校正场。它应该在大部分天空和大范围的大气条件下提供接近衍射极限的分辨率。它提供平坦波前的能力必须面对已知的大气湍流和望远镜环境，而且望远镜的最终特性仍有待充分开发和建造。在这项工作中，我们专注于与望远镜瞳孔分割相关的问题（如低风效应，切换时的残余相位误差和控制相关问题），这可能会限制系统性能。MORFEO目前没有预见到一个专门的传感器来测量相邻的反射镜段之间的相位步骤：在这项工作中，我们研究了使用低阶波前传感器的可能性，该传感器设计用于感测和校正倾斜和聚焦作为相位传感器由于线性焦平面技术（LIFT）。
2022-08-04 astro-ph.IM
Exoplanet imaging with ELTs: exploring a second-stage AO with a Zernike wavefront sensor on the ESO/GHOST testbed
本文提出在 ESO/GHOST 测试平台上实验验证基于 Zernike 波前传感器的第二级极端自适应光学系统，用于提升系外行星成像与光谱观测能力，并与金字塔波前传感器方案进行初步比较。
2023-09-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Development of an adaptive optics testbed at MPIA for the ELT/Planetary Camera and Spectrograph (PCS)
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；European Southern Observatory (ESO)（欧洲南方天文台）
MPIA为ELT的PCS研发模块化自适应光学测试平台，集成可变形反射镜等组件，用于验证AO关键技术与控制策略，推动PCS高对比度成像AO系统成熟。
2026-08-25 astro-ph.IM
Adaptive optics design status of MAORY, the MCAO system of European ELT
MAORY是欧洲ELT的多共轭自适应光学中继器，旨在为MICADO提供1弧分的校正视场，MICADO是一种专注于天体测量的近红外光谱成像仪。在本文中，我们重新审视的主要要求和分析，证明目前的自适应光学架构和子系统的要求。我们讨论的波前误差预算分配集中在最坏的罪犯条款和对大气和钠配置文件的依赖性的统计分析。我们提出了一个更新的修订的权衡研究的主要AO参数，随着考虑来自光学和机械子系统，用于定义的初步设计的仪器。
2020-12-29 astro-ph.IM
HARMONI: the ELT's First-Light Near-infrared and Visible Integral Field Spectrograph
高角分辨率单片光学和近红外积分场摄谱仪（HARMONI）是欧洲南方天文台的极大望远镜（ELT）的可见光和近红外（NIR），自适应光学辅助，积分场摄谱仪。它将具有单共轭自适应光学（SCAO）模式（使用单个明亮的自然导星）和激光层析自适应光学（LTAO）模式（使用多个激光导星），分别提供具有高性能和良好天空覆盖的近衍射极限超光谱成像。一个独特的高对比度自适应光学（HCAO）的能力，最近增加了系外行星的特性。HARMONI拥有8个HAWAII-4 RG阵列的大型探测器、4种光谱标度选择和11种光栅选择，分辨率范围从R~3000到R~17000，使其成为一种非常通用的仪器，可以满足广泛的观测计划。
2021-03-20 astro-ph.IM
ELT HARMONI: Image Slicer Preliminary Design
Harmoni是ELT的第一台可见光和近红外积分场摄谱仪。它将提供四种不同的空间尺度，从最适合于观察有限观测的60 x 30质量的粗spaxels到4质量的spaxels，Nyquist对近红外波长ELT的衍射限制点扩散函数进行采样。每个光谱刻度可以与11个光谱设置组合，提供从R 3500到R 20000的光谱分辨能力范围和跨越仪器0.47 - 2.45 μm波长范围的瞬时波长覆盖。该联盟由牛津大学领导下的欧洲几个研究所组成。Harmoni在2017年11月的初步设计阶段之后开始了最终设计阶段。CRAL负责将前置光学系统与4台摄谱仪连接起来的积分场单元设计。它由一个与中继系统相关联的场分裂器和一个图像切片器组成，该图像切片器从矩形视场为每个摄谱仪创建一个非常长（540 mm）的输出狭缝。本文将介绍谐波图像切片器的初步设计和性能，包括图像质量、光瞳畸变和狭缝几何形状。它已于2017年11月由CRAL为Harmoni PDR设计。特别着重于杂散光分析和切片衍射。还将报告制造和狭缝几何形状的优化。
2018-07-17 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
First laboratory demonstration of real-time multi-wavefront sensor single conjugate adaptive optics
本文首次在实验室演示了结合SHWFS与FAST的多波前传感器单共轭自适应光学实时控制，在SEAL平台上以200 Hz环路速度验证其消除散斑噪声、提升ELT宜居带系外行星成像能力的潜力。
2023-08-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
NGSs acquisition in MORFEO
本研究针对ESO ELT的MORFEO多共轭自适应光学系统的自然导星获取问题，分析参考波前传感器的倾斜估计误差与恒星星等、大气条件的关联，为系统导星捕获方案提供支撑。
2023-10-12 astro-ph.IM
Cassiopée, towards technological development for XAO on ELT: the e-APD infrared detector
Cassiopée 项目为未来 ELT 开发极高性能自适应光学关键技术，本文介绍用于波前传感器的快速大型红外 e-APD 相机开发，集成 512x512 阵列，面临自主运行、振动控制等多重挑战。
2024-06-01 astro-ph.IM
HSIM: a simulation pipeline for the HARMONI integral field spectrograph on the European ELT
我们介绍HSIM：一个专用管道，用于模拟欧洲极大望远镜上的HARMONI积分场摄谱仪的观测。HSIM采用高光谱和空间分辨率的输入数据立方体，对天体物理源的物理描述进行编码，生成模拟观测数据立方体。模拟结合了天空、望远镜和仪器的详细模型，以产生逼真的模拟数据。此外，我们采用了一种新的方法，将强波长相关的自适应光学点扩散函数。HSIM提供了一个超越传统曝光时间计算器的步骤，使我们能够预测使用HARMONI的给定观测计划的可行性，以及执行仪器设计权衡。在本文中，我们重点关注计划观测可行性的定量测量。我们给出了一个详细的描述HSIM和目前的两项研究：估计点源的敏感性，随着模拟恒星形成的发射线星系在$z\sim 2-3$。我们表明，HARMONI将提供精致的解决这些对象的分千秒差距尺度上的光谱，探测和推导的个别恒星形成区域的属性。
2015-08-18 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: line spread functions in a diffraction limited spectrometer
UKATC, Royal Observatory Edinburgh（英国天文技术控制中心，爱丁堡皇家天文台）；Oxford University（牛津大学）；Aix-Marseille Université, CNRS, CNES, LAM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家空间研究中心，拉格朗日实验室）；Université Lyon 1, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL)（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，里昂天体物理研究中心）；Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)（加那利天体物理学研究所）；Department of Physics, Durham University（杜伦大学物理系）
研究HARMONI光谱仪中衍射和空间滤波对线扩散函数的影响，通过考虑狭缝处瞳孔衍射等，明确设计衍射极限光谱仪应考虑的参数。
2026-07-07 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: tolerance analysis and expected as-build imaging performance of the infrared spectrograph
本文针对 ELT 首光积分场光谱仪 HARMONI，通过灵敏度分析、误差预算和三阶段 Monte-Carlo 仿真验证其红外光谱学子系统可在可行公差内满足成像指标。
2024-10-02 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: optical design of the spectrograph sub-system
University of Oxford（牛津大学）
介绍欧洲极大望远镜上HARMONI光谱仪子系统光学设计，因顶层目标和规格变化而修订，采用双镜无遮拦准直器等，更紧凑，用变形自由曲面镜校正像差，提高探测器单元透过率、减少散射光并改善可达性。
2026-07-24 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: Developing a Modular Review Process using TRIZ
UK Astronomy Technology Ctr（英国天文技术中心）
该研究针对ELT的HARMONI项目，运用TRIZ技术提出模块化连续评审流程，以高效评审设计变更、减轻相关人员时间压力，提升仪器研制质量。
2026-08-03 astro-ph.IM
System Design of the Newest Generation Detector Controller for ELT and new VLT Instruments
本研究基于ESO过往经验，研发采用MicroTCA.4工业标准模块化设计的新型探测器控制器NGCII，用于ELT第一代及VLT新型仪器，可控制多类探测器，并介绍了其从立项到首次测试的早期开发进展。
2024-10-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Alignment and preliminary outcomes of an ELT-size instrument to a very large telescope: LINC-NIRVANA at LBT
LINC-NIRVANA（LN）是一种高分辨率近红外成像仪，它使用多视场、层定向、多共轭AO系统，由四个多金字塔波前传感器组成（大双目望远镜的每个臂有两个，每个共轭到不同的高度）。该系统使用多达40颗恒星探测器，同时观察多达20颗天然导航星。其最终目标是进行斐索干涉成像，从而实现ELT样的空间分辨率（22.8米基线分辨率）。为此，LN还配备了条纹跟踪器，光束组合器和NIR科学相机，总共有250多个光学组件，总尺寸约为6x4x4.5米。本文介绍了权衡评估，以实现系统的望远镜对准。我们注意到LN在尺寸上与计划的ELT器械相当。这种调整策略的影响将进行比较和选定的程序，其中LBT望远镜，事实上，对准的仪器，将被描述。此外，结果来自早期的夜间调试系统将提交。
2018-08-01 astro-ph.IM
INGOT Wavefront Sensor: Simulation of Pupil Images
为了适应激光导引星的几何特性，提出了一种基于类ELT孔径的晶锭波前传感器（I-WFS）作为光瞳面WFS。在MAORY项目框架内进行的WFS研究和开发中，I-WFS模拟的最终目的是评估其波前像差测量能力方面的性能。该分析的第一步是将入射波前转换成由光学系统产生的三个光瞳图像。设计成与LGS伸长图像耦合的晶锭光学元件的固有几何特性使得系统在概念上相对于其它光瞳WFS（如金字塔WFS、P-WFS）也在可在文献中找到的模拟技术内的待选择的模拟技术方面不同。在本文中，我们的目的是报告的考虑和推导，导致选择的光线跟踪方法的钢锭光瞳图像模拟，几何假设和方法，以优化计算时间。
2020-12-11 astro-ph.IM
Accuracy of Shack-Hartmann wavefront sensor using a coherent wound fibre image bundle
使用缠绕光纤束的Shack-Hartmann波前传感器被期望用于多目标自适应光学系统，以提供由Starbugs定位的大复用。大尺寸缠绕光纤束的使用为ELT使用更多子孔径波前传感器提供了灵活性。这些紧凑的波前传感器利用大的焦面，如巨型麦哲伦望远镜。研究了缠绕光纤传像束结构缺陷对夏克-哈特曼波前传感器质心测量精度的影响。利用一阶矩质心法对模拟光束采样的聚焦高斯光束的质心进行了估计。讨论了缠绕光纤像束的光斑估计精度及其结构对波前测量精度统计的影响。结果表明，当测量信噪比较高时，缠绕纤维束的像束结构，如瓦片角和间隙间距，决定了质心测量精度。在低信噪比的测量中，影响测量精度的主要因素不是缠绕纤维束的结构缺陷，而是探测器的读数噪声。我们证明了这两个模拟和实验。本文给出了一个通过实验得到的缠绕光纤像束质心和波前误差的统计模型。
2018-02-01 astro-ph.IM
Exoplanets detection limits using spectral cross-correlation with spectro-imaging. An analytical model applied to the case of ELT-HARMONI
提出一种基于光谱互相关的分子图谱分析模型，用于高效预测系外行星探测性能，并应用于ELT-HARMONI，验证其在短分离冷行星探测中的高对比度潜力。
2023-11-22 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: LPOU calibrations for a micron-level pointing accuracy
Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天文生物学中心（CAB），西班牙国家科学研究委员会-国家航空航天技术研究所）；Centre for Advanced Instrumentation（先进仪器中心）
研究HARMONI在甚大望远镜上为达微米级指向精度的校准问题，核心方法是探讨靠近引导探头插入校准掩膜及添加重新聚焦光学元件的可能性，主要贡献是分析其不同变体对图像质量及定位误差分辨能力的影响并经模拟验证。
2026-07-27 astro-ph.IM
Mid-IR Water-Vapor Seeing: Implications for ELT/METIS High-Contrast Imaging from VLTI Data
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Université de Liège（列日大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Leiden University（莱顿大学）；Macquarie University（麦考瑞大学）
该研究基于VLTI数据量化中红外水汽诱导的波前误差，明确可降水汽是关键影响因素，给出ELT尺度下的波前误差值，为METIS等中红外高对比度成像仪器提供了大气水汽效应的评估与缓解框架。
2026-10-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
HARMONI at ELT: Reoptimization of the NGSS natural guide star sensors system for MCAO compatibility
Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家太空研究中心，天体物理学与行星学实验室）；Durham University, Centre for Advanced Instrumentation（杜伦大学，先进仪器中心）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天体生物学中心，西班牙高等科学研究理事会-国家航空航天技术研究所）；Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，天体物理与行星学研究所）；DOTA, ONERA（航天技术部门，法国航空与航天研究局）；Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Universidad de La Laguna（加那利群岛天体物理研究所，拉帕鲁纳大学）
介绍HARMONI光谱仪为适应MCAO兼容性对NGSS系统重新优化，阐述重新规划对低阶波前传感器、外部支撑等的影响，以及高对比度模块和单共轭自适应光学传感器的变化，包含相关系统分析与新管理结构等内容。
2026-07-23 astro-ph.IM
The Holographic Dispersed Fringe Sensors (HDFS): phasing the Giant Magellan Telescope
下一代巨型分段镜望远镜（GSMT）的分段之间将有很大的间隙，这可能是由次镜（E-ELT和TMT）的机械结构的阴影造成的，也可能是设计本身造成的（GMT）。这些间隙足够大，可以将孔径分割成独立的片段，这些片段之间的间隔大于典型的Fried参数。这产生了活塞和花瓣模式，这些模式不能被诸如Shack-Hartmann波前传感器或金字塔波前传感器的常规波前传感器很好地感测。我们建议使用一种新的光学器件，全息色散条纹传感器（HDFS），感测和控制这些花瓣/活塞模式。HDFS使用单个光瞳平面全息图将片段干涉到焦平面中的不同空间位置上。数值模拟结果表明，HDFS是非常有效的，对于GMT/E-ELT/TMT，在J+H波段13星等以下的导星，HDFS的差分活塞均方根值小于10 nm。HDFS还在实验室中使用MagAO-X和HCAT（GMT定相测试平台）进行了验证。实验室实验在麦哲伦望远镜孔径上达到了5 nm rms的活塞误差。HDFS还达到了50 nm rms的活塞误差的分段GMT类孔径，而金字塔波前传感器补偿模拟大气下的中值视宁度条件。仿真和实验结果表明，HDFS作为一个优秀的活塞传感器的GMT。我们发现，一个金字塔的斜率传感器与HDFS活塞传感器的组合是一个强大的架构GMT。
2022-06-07 astro-ph.IM
SCExAO as a precursor to an ELT exoplanet direct imaging instrument
Subaru Coronagraphic Extreme AO（SCExAO）仪器由高性能相位诱导振幅切趾（PIAA）日冕仪和在近红外（H波段）工作的极端自适应光学（AO）系统组成。由2000单元可变形反射镜驱动的极端AO系统将允许当其进入闭环时在H波段实现>90%的Strehl比。这使得SCExAO仪器成为一个强大的平台，用于高对比度成像，角间距可达1 lambda/D，也是探索ELT冠状照相技术的理想测试平台。在本文中，我们报告的最新进展方面的发展的仪器，其中包括增加了一个可见的工作台，利用在较短的波长的光，目前没有利用SCExAO和关闭环上的倾斜/倾斜波前传感器。我们还将讨论几个令人兴奋的客人仪器，这将扩大SCExAO在未来几年的能力，即CHARIS这是一个积分场摄谱仪以及吸血鬼，可见光孔径掩蔽实验的基础上偏振分析的拱盘。此外，我们将阐明极端AO系统将发挥独特的作用，使高精度的径向速度光谱检测的小同伴。
2013-10-14 astro-ph.IM
Strategy for sensing petal mode in presence of AO residual turbulence with pyramid wavefront sensor
本文研究极大望远镜自适应光学中花瓣模式的测量问题，提出在未调制金字塔波前传感器尖端添加针孔空间滤波器以抑制大气残余干扰，并通过端到端仿真验证其作为花瓣测量仪的有效性。
2024-01-15 astro-ph.IM
C-MORE : the laser guide star wavefront sensor
在发布了用于自然导星波前传感的可见光和红外参考相机解决方案之后，我们将展示First Light Imaging的C-MORE的第一个结果，这是第一个激光导星波前传感器相机。在Opticon WP 2欧洲资助的项目（INFRAIA 2016-2017，赠款协议编号730890）中，该项目已被设定为开发LGS相机，必须探索基于现有传感器的快速路径解决方案，为ELT项目提供经过工作验证的相机，为第一个光计划做好准备。根据这项研究的结果，C-MORE是一款基于CMOS的相机，具有1600 x1100像素（9 um间距）和500 FPS刷新率。它的发展是为了满足未来基于激光的自适应光学系统（LGS）的大部分需求，这些系统将部署在20- 40米级望远镜以及较小的望远镜上。该算法采用全局快门结构，不会在波前重构中引入差分时间误差，简化了整个指令回路。我们提出了相机的整体架构，尺寸，重量，接口，其主要功能和测量性能的噪声，暗电流，量子效率和图像质量，这是最重要的参数，为这个应用程序。由于该解决方案的成本非常低，因此该相机也可用于生命科学和高端工业应用，这也是Opticon项目的目标。
2019-10-01 astro-ph.IM
High strehl and high contrast for the ELT instrument METIS -- Final design, implementation, and predicted performance of the single-conjugate adaptive optics system
本文介绍极大望远镜仪器METIS的单共轭自适应光学系统，解决ELT AO系统的多方面挑战，给出最终设计、实现及预测性能，助力METIS达成系外行星探测等科学目标。
2024-11-26 astro-ph.IM physics.optics
Direct imaging and spectroscopy of exoplanets with the ELT/HARMONI high-contrast module
将高对比度成像与中等分辨率光谱学相结合，已被证明可以显着提高对系外行星的直接探测。HARMONI是首批安装在ESO ELT上的轻型仪器之一，将配备一个单共轭自适应光学系统，以达到H和K波段ELT的衍射极限，一个专用于系外行星成像的高对比度模块，以及一个中等分辨率（高达R = 17 000）的光学和近红外积分场摄谱仪。结合在一起，这些系统将提供前所未有的对比度限制在50和400 mas之间的分离。在本文中，我们估计的能力，HARMONI高对比度模块的直接检测年轻的巨大系外行星。我们使用仪器的端到端模型来模拟基于现实观测场景和条件的观测。我们分析这些数据与所谓的“分子映射”技术相结合的匹配滤波器的方法，以解开从主机恒星和地球的同伴，并增加的S/N的行星信号。我们发现行星5西格玛以上的对比度高达16等和分离下降到75马斯在几个光谱配置的仪器。我们表明，分子映射允许检测的同伴高达2.5 mag昏暗相比，最先进的高对比度成像技术的基础上角差分成像。我们还表明，性能是不是强烈的主机星的光谱型的影响，我们达到最好的三个四分位数的观测条件在Armazones，这意味着HARMONI可以用于近临界观测期间的60至70%的望远镜时间在ELT接近的灵敏度。最后，我们从人口合成模型中模拟行星，以进一步探索HARMONI及其高对比度模块即将开放的参数空间。
2021-04-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
The adaptive optics modes for HARMONI: from Classical to Laser Assisted Tomographic AO
HARMONI是一款可见光和近红外积分场摄谱仪，提供了E-ELT在第一道光线下的核心光谱能力。HARMONI将在E-ELT的衍射极限下工作，这要归功于经典和激光断层AO系统。在本文中，我们提出了这些SCAO和LTAO模块的系统选择。特别是，我们描述了为不同的波前传感器开发的策略：SCAO金字塔，LGSWFS概念，NGSWFS路径和真相传感器功能。我们提出了第一个潜在的实现。我们评估了第一个系统的性能。
2018-05-30 astro-ph.IM
Predicting the Observability of Population III Stars with ELT-HARMONI via the Helium $1640{\rmÅ}$ emission line
到目前为止，还没有发现第三星族（Pop.III）恒星，但是随着我们进入超大型望远镜的时代，这种情况可能会改变。一个可能的Pop.III恒星的示踪物是HeII $\lambda1640$发射线，它可以被欧洲极大望远镜（ELT）上的谐波摄谱仪在很宽的红移范围（$2\leq z\leq14$）内探测到。通过对宇宙学、AMR流体动力学模拟NewHorizon中的星系进行后处理，结合Pop.III恒星的理论光谱能量分布（SED）和辐射传输（分别为Yggdrasil模型和云查找表），我们能够计算单个星系的HeII $\lambda1640$通量。从模拟10小时的观测这些星系，我们表明，HARMONI将能够检测到Pop.III恒星的星系高达$z\sim10$提供Pop.III恒星有一个头重脚轻的初始质量函数（IMF）。此外，我们发现，如果第III类恒星的IMF与第I类恒星相似，那么只有当第III类恒星质量超过$10^{7}{\,M}_\odot\,{\rm yr}^{-1}$（平均恒星年龄$<1{\rm Myr}$在$z=4$）时，才能观测到HeII $\lambda1640$线。最后，我们能够确定所需的最小内在流量的谐波检测流行。III星在一个星系高达$z=10$。
2021-01-05 astro-ph.GA astro-ph.IM
A generalised non-linear reconstructor for all Fourier-type wavefront sensors
本研究提出一种基于Nesterov加速非线性Landweber迭代的广义重构器，适用于所有傅里叶型波前传感器，在非线性区域优于线性方法，尤其对金字塔波前传感器有效。
2025-06-23 astro-ph.IM math-ph math.MP
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
Reaching the fundamental sensitivity limit of wavefront sensing on arbitrary apertures with the Phase Induced Amplitude Apodized Zernike Wavefront Sensor (PIAA-ZWFS)
本文提出相位诱导振幅变迹泽尼克波前传感器（PIAA-ZWFS），通过非球面透镜改进标准ZWFS，在任意孔径上达到每光子1/2弧度rms的基本灵敏度极限，并可与PIAA-CMC日冕仪集成，适用于高对比度成像。
2023-10-16 astro-ph.IM physics.optics
Advances in control of a Pyramid Single Conjugate Adaptive Optics system
自适应光学系统是现代天文学地基望远镜的一项基本技术。在该领域的最新革命之一是金字塔波前传感器的引入。该装置的更高性能是以增加的控制复杂性为代价的。在这项工作中，我们报告的进展，在AO系统的控制与SOUL在大型双目望远镜。第一种是改进的尖端/尖端时间控制，即使在存在高时间频率共振的情况下也能够恢复标称校正。第二个是模态增益优化，已成功地在天空上的第一次。金字塔波前传感器是所有ELT的第一光AO系统的关键技术，所报道的进展可以为此类系统做出相关贡献。
2021-10-06 astro-ph.IM
An Ingot-like class of WaveFront Sensors for Laser Guide Stars
本文提出一类专为极大望远镜激光导星设计的锭晶波前传感器，通过将金字塔波前传感器扩展至有限距离伸长源情况，给出6瞳和3瞳方案并分析其几何特性与灵敏度优势。
2024-05-29 astro-ph.IM
Keck Primary Mirror Closed-Loop Segment Control using a Vector-Zernike Wavefront Sensor
本研究在凯克II望远镜上利用矢量-ZWFS实现首次在轨分段主镜闭环活塞控制，拓展了传统ZWFS的动态范围，将NIRC2相机斯特列尔比最高提升10个百分点，为分段镜共相校正提供有效方案。
2024-04-12 astro-ph.IM
Behind the Mask: can HARMONI@ELT detect biosignatures in the reflected light of Proxima b?
University of Oxford（牛津大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Instituto de Física Fundamental, CSIC（西班牙国家研究委员会基础物理研究所）；Aix Marseille Univ.（艾克斯-马赛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Carl Sagan Institute, Cornell University（康奈尔大学卡尔·萨根研究所）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究针对比邻星b的类地大气反射光生物标志物探测，模拟了ELT的HARMONI光谱仪观测，发现现有焦平面掩模过大，改造后经20-30小时积分可实现S/N=5的探测，为仪器设计优化提供依据。
2024-01-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
A 5kHz modulator for pyramid wavefront sensors
Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Physik Instrumente (PI) SE & Co. KG（物理仪器公司）
本文提出了一种基于剪切压电作动器的高频调制器，用于实现金字塔波前传感器的5kHz调制，通过测试验证了其稳定性和调制精度，适用于高对比度天文观测。
2026-03-16 astro-ph.IM
HARMONI@ELT: instrument design, performance, and science capabilities
LAM, Aix Marseille Univ., CNRS, CNES（LAM，艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家空间研究中心）；Univ. of Edinburgh（爱丁堡大学）；UK Astronomy Technology Centre, STFC（英国天体技术中心，英国科学与技术设施委员会）；Univ. of Durham（杜伦大学）；Instituto de Astrofísica de Canarias（加那利群岛天体物理研究所）；University of Oxford（牛津大学）；Centre de Recherche en Astrophysique de Lyon（里昂天体物理研究中心）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天体生物学中心（CAB），西班牙国家技术研究与发展总署/西班牙高等科学研究理事会）；University of Michigan（密歇根大学）；Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble（格勒诺布尔行星学与天体物理学研究所）
本文介绍ELT的主力近红外积分场光谱仪HARMONI经范围调整后的现状，详述其架构、自适应光学模式、技术性能及项目进展，以支撑系外行星、星系等多领域科学研究。
2026-07-30 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
InfraRed On-Detector Guide-Windows in the era of Extremely Large Telescopes
未来的极大望远镜（ELT）将需要自适应光学（AO）系统的进步，以充分发挥其潜力。除了单独的专用波前传感器之外，人们认识到，许多新仪器也需要科学焦平面本身内的波前传感。一种方法是使用探测器上引导窗口（ODGW），由此科学探测器的小子窗口被连续地读出（~ 10 s-100 s Hz），与整个芯片的较慢读取（>10 s）并行。这些窗口中的引导星质心可用于校正振动和弯曲。这些窗口的另一个潜在用途是在高节奏下执行局部重置，以防止饱和并最小化明亮光源的余辉。我们已经使用5 μ m截止Teledyne HAWAII-2 RG红外探测器和新的天文研究相机Gen-4控制器制作了ODGW系统原型。我们描述了我们的ODGW模式的实现，和科学图像的文物，观察。
2022-08-15 astro-ph.IM
C-BLUE One : A family of CMOS high speed cameras for wavefront sensing
我们介绍了C-BLUE One系列相机（以前称为C-MORE）的演变，这是一种面向激光导星的波前传感器相机系列。在Opticon WP 2欧洲资助的项目中，该项目已被设定为开发LGS相机，必须探索基于现有传感器的快速路径解决方案，以便为ELT项目提供经过工作验证的相机，为第一个照明计划做好准备。C-BLUE One是一款基于CMOS的相机，具有1600 x1100像素（9 um间距）和481 FPS刷新率。它的发展是为了满足未来基于激光的自适应光学系统（LGS）的大部分需求，这些系统将部署在20- 40米级望远镜以及较小的望远镜上。我们介绍了相机的主要特点和测量性能的噪声，暗电流，量子效率和图像质量，这是应用程序的关键参数。该相机也被拒绝在快速较小的格式（800 x600 x1500 FPS）和大格式（3200 x2200 x250 FPS），以涵盖大多数AO应用。
2022-07-26 astro-ph.IM physics.ins-det
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
Into nonlinearity and beyond for Zernike-like wavefront sensors
本文针对泽尼克波前传感器动态范围受限的问题，提出非线性重建算法并结合相位排序干涉测量与多波长测量，将动态范围提升至1.4 rad rms，使其成为理想的第二级波前传感器。
2024-01-16 astro-ph.IM physics.optics
