太阳系外行星全区域高对比度成像设计与数值模拟

发布时间：2021-08-12 03:07

　　太阳系外类地行星直接成像探测极具挑战性。在可见光短波段,行星信号主要来自恒星经由行星大气的反射光,两者对比度在10^-10量级,导致微弱的系外行星光被淹没。因此,有效抑制来自恒星的强光是实现类地行星探测的关键。提出了基于光瞳振幅调制和相位校正的技术方案,以实现全区域高对比度成像。针对上述方案,进行了数值模拟分析,说明其可行性及潜在性能。数值模拟基于点扩散函数的能量分布,评价系统的目标成像对比度,并采用随机并行梯度下降迭代算法进行优化,最终成像对比度在360°全区域内达到10^-10量级。研究表明,该方案有望用于未来空间类地行星直接成像探测。 

【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(01)CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

定义优化区域示意图

星冕仪结构如图2。恒星光通过望远镜焦点(Telescope Focus)并由准直透镜L1进行准直,平行光通过孔径光阑(Pupil Stop)后作用在有限带环状透过率渐变滤光片(Stepped-transmission Filter)上进行振幅调制,再通过成像镜L2和准直镜L3在曈面处使用可变形镜进行波前校正;最后通过成像镜L4成像,在成像焦面处通过探测器获得高对比度暗区。使用随机并行梯度算法对有限带环状透过率渐变滤光片进行优化设计。滤光片上每一带的透过率作为一个独立变量,多个变量进行同时迭代。经过多次迭代优化后,在4λ/D～14λ/D的区域内获得10-7的对比度。图3为优化设计的有限带环状透过率渐变滤光片以及每一环带上对应的透过率。图4为经过有限带环状透过率渐变滤光片调制后在焦面处获得点扩散函数图像。

使用随机并行梯度算法对有限带环状透过率渐变滤光片进行优化设计。滤光片上每一带的透过率作为一个独立变量,多个变量进行同时迭代。经过多次迭代优化后,在4λ/D～14λ/D的区域内获得10-7的对比度。图3为优化设计的有限带环状透过率渐变滤光片以及每一环带上对应的透过率。图4为经过有限带环状透过率渐变滤光片调制后在焦面处获得点扩散函数图像。图4 使用有限带环状透过率渐变滤光片调制后,在焦面获得的点扩散函数图像


本文编号：3337457