相位诱导振幅切趾型星冕仪的衍射成像特性研究

发布时间：2023-04-22 19:10

　　系外行星探测是目前天文学领域最热门的研究方向之一。相位诱导振幅切趾(Phase Induced Amplitude Apodization,简称PIAA)型星冕仪具有工作谱段宽、通光效率高、内工作角小等优点,已逐渐成为最具有应用前景的星冕仪类型之一,在系外行星直接探测方面具有重要的应用价值。本论文重点开展了对PIAA系统衍射成像特性、误差传递特性的计算与分析方法,为下一步开展实验研究工作奠定基础。主要研究内容如下:1)研究基于几何光学原理的PIAA系统设计流程,给出了切趾函数的确定原则、混合切趾参数的选取以及由切趾函数得到投影函数、由投影函数得到面型函数与位置的方法,并分析了PIAA系统的非线性投影作用产生的轴外视场光线产生倾角变化。2)研究了PIAA系统衍射成像特性的计算方法,包括基于Huygens衍射原理的Huygens近似法、S-Huygens近似法和二阶Fresnel近似法,基于平面波角谱理论的数值计算方法,以及基于边界衍射波理论的解析计算方法。通过数值计算分析了几种方法的计算效率和精度,并分析了混合切趾、扩大M₁口径和预切趾设计对于降低衍射效应的作用,证...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 系外行星探测的发展现状
    1.2 系外行星直接探测技术
        1.2.1 外掩式星冕仪
        1.2.2 内掩式星冕仪
    1.3 本文主要研究内容
第2章 相位诱导振幅切趾系统的设计方法
    2.1 基于几何光学原理的相位诱导振幅切趾系统设计
        2.1.1 切趾函数选取
        2.1.2 切趾镜面型函数确定
        2.1.3 设计实例
    2.2 局部放大率和角放大率
    2.3 混合式相位诱导振幅切趾系统设计
        2.3.1 最大曲率与切趾函数的关系
        2.3.2 混合式PIAA系统设计方法
        2.3.3 角放大率
    2.4 本章小结
第3章 基于Huygens原理的衍射成像特性计算
    3.1 Huygens原理与Fresnel近似
    3.2 更高精度的衍射计算方法
        3.2.1 Huygens近似
        3.2.2 S-Huygens近似
        3.2.3 二阶菲涅尔近似
        3.2.4 角谱法
        3.2.5 四种方法计算结果的比较
    3.3 降低衍射效应的设计
    3.4 本章小结
第4章 基于边界衍射波理论的成像特性计算
    4.1 基于边界衍射波理论的计算方法
        4.1.1 边界衍射波理论的基本原理
        4.1.2 适用于相位诱导振幅切趾系统的边界衍射波公式
        4.1.3 边界积分与Huygens原理的等价性
    4.2 边界衍射波公式的稳相点近似
        4.2.1 稳相点近似的原理
        4.2.2 出瞳光场的数值模拟
    4.3 复色光入射时的衍射成像特性
    4.4 预切趾方法降低衍射效应
    4.5 本章小结
第5章 相位诱导振幅切趾系统的误差传递特性
    5.1 基于S-Huygens原理的波前误差传递计算
        5.1.1 相位诱导振幅切趾系统中的误差来源和形式
        5.1.2 泽尼克多项式形式的波前误差传播规律
    5.2 基于边界衍射波理论的误差传递计算
    5.3 低阶Zernike多项式形式误差对成像特性的影响
        5.3.1 球差
        5.3.2 倾斜
        5.3.3 离焦、像散与彗差
        5.3.4 出瞳位置误差的影响分析
    5.4 频率误差的传递特性
        5.4.1 误差的频率域分解
        5.4.2 频率误差的传递
        5.4.3 频率折叠效应
    5.5 主动光学校正的可行性分析
        5.5.1 变形镜在相位诱导振幅切趾星冕仪中的布局位置
        5.5.2 变形镜的校正作用分析
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 论文主要创新点
    6.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3798247