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SPHERE/ZIMPOL高分辨率偏振成像仪
摘要： 背景。SPHERE"行星搜寻者"是甚大望远镜（VLT）上用于高分辨率、高对比度观测的极限自适应光学（AO）仪器。我们描述了SPHERE的可见光焦平面子系统——苏黎世成像偏振仪（ZIMPOL），该系统将当前AO系统的性能极限推向更短波长、更高空间分辨率和显著提升的偏振测量性能。 目标。我们详细表征了SPHERE/ZIMPOL系统，这有助于优化观测计划并改进数据处理与校准。旨在为高对比度仪器（特别是偏振差分成像）的性能提供新基准。 方法。我们分析了SPHERE/ZIMPOL点扩散函数（PSF），测量了不同波长、大气条件、恒星亮度及仪器模式下的归一化峰值表面亮度、包围能量和半高全宽（FWHM）。描述了日冕仪图像，测定峰值流量衰减和离轴流量传输。分析日冕仪焦平面与光瞳平面的同步成像，研究光瞳挡板的衍射环抑制效果。通过双星系统α Hyi（角距92毫角秒，对比度Δm≈6等）测试比较不同日冕仪在小角距处的性能。偏振模式下使用零偏振和强偏振标准星进行仪器校准，给出偏振数据绝对校准方案。数据显示存在微小（<1毫角秒）但影响显著的差分偏振光束偏移（可解释为倾斜镜面产生的古斯-汉欣位移），并讨论校正方法。通过非日冕仪和深度日冕仪观测共生米拉变星R Aqr周围的尘埃散射来研究偏振灵敏度。 结果。SPHERE/ZIMPOL常规达到22-28毫角秒的角分辨率（FWHM），V/R/I波段归一化峰值表面亮度SB0?mstar≈?6.5星等/平方角秒。AO性能在中等视宁度（?1.0角秒）、暗弱恒星（mR?9等）或"低风速"效应（望远镜视宁度）条件下下降。日冕仪能有效将PSF峰值衰减>100倍，在0.06-0.20角秒分离范围内使衍射光抑制将对比度性能提升约两倍。偏振灵敏度Δp<0.01%，偏振零点可校准至优于Δp≈0.1%。对R Aqr的400秒I波段数据，角距ρ=0.86角秒处的差分偏振成像对比度限值为：表面亮度对比度SBpol(ρ)?mstar≈8星等/平方角秒，点源对比度mpol(ρ)?mstar≈15等，深度观测可达更低限值。 结论。SPHERE/ZIMPOL在可见光波段实现了具有空前特性的成像性能，特别是极高的空间分辨率和极佳的偏振对比度。该仪器为详细研究星周尘埃（通过散射偏振光）、探测暗弱伴星以及绘制星周Hα辐射提供了诸多新研究机遇。
关键词： 星周物质、仪器：自适应光学、行星系统、仪器：偏振计、仪器：高角分辨率仪器、仪器：探测器
更新于2025-09-23 15:23:52
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从大型望远镜向单模光纤高效注入：开启超精密天文学时代
摘要： 光子技术在光谱仪和干涉仪等天文仪器中具有诸多优势，例如体积小巧且功能多样。但由于其工作在衍射极限条件下，这类设备与大型望远镜直接高效耦合向来是个难题。我们证明通过精确控制望远镜的非理想孔径几何形状和残余波前误差，确实可以实现与单模器件的高效耦合。在昴星团日冕极端自适应光学（SCExAO）仪器中构建了光纤注入系统，将近红外（J-H波段）光耦合至位于极端自适应光学系统和孔径渐晕光学元件下游的单模光纤。实验室中，在1550纳米波长下对衍射极限光束实现了理论最大值86%的耦合效率，该效率与斯特列尔比呈线性相关。在1250-1600纳米范围内，耦合效率波动小于30%。初步的天文观测数据显示，在H波段斯特列尔比为60%时，单模光纤耦合效率约达50%，与预期相符。其中84%时段耦合效率超过40%，41%时段超过50%。根据实验室结果推算：当达到极端自适应光学校正水平（H波段斯特列尔比>90%）时，耦合效率可超过67%（接近当前多模光纤的耦合水平）；标准波前校正水平（H波段斯特列尔比>20%）可实现>18%的耦合效率；而当斯特列尔比<20%时，少端口光子灯笼成为更优选择（但需考虑信噪比和像素可用性）。这些成果为天基单模光纤高效耦合指明了路径，可应用于实现无模噪声径向速度测量仪、超长基线光学/近红外干涉仪，或未来仪器设计中更广泛地应用光子技术。
关键词： 仪器设备：干涉仪、高角分辨率仪器、光谱仪、自适应光学系统
更新于2025-09-22 22:52:39
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直接成像用稀疏孔径合成仪器的共相技术
摘要： 背景：在当前为高分辨率、高动态成像开发的新技术中，超望远镜架构对系外行星等天体的直接成像极具前景。该仪器的性能很大程度上取决于同相过程的精度。我们先前使用八望远镜阵列进行的高通量实验研究中，成功实施了一套基于遗传算法与子孔径活塞相位多样性联合使用的同相系统，并以目标本身作为计量源。 目的：为适应天文观测环境，我们研究了光子噪声对低通量条件下实验室原型机同相性能的影响。本研究提供了关于实际天体物理观测中可实现的灵敏度与动态范围的实验结果。 方法：通过模拟优化了光子计数模式下同相系统的关键参数，随后采用这些参数在不同光子通量水平下获取时序超望远镜测试台的图像。采用的数据处理方法能提取高对比度图像。 结果：光程差伺服控制在1小时内分别达到22.0纳米（200光子/帧）和15.7纳米（500光子/?。┑木?。数据处理显著提升了信噪比，使我们获得高对比度图像。相关归一化点扩散函数在暗场区域表现出1.1×10??（200光子/帧，15000次快照）和5.4×10??（500光子/?。┑那慷缺曜疾?。 结论：本实验室实验证明了超望远镜概念的潜力，该设计可直接移植至空间望远镜阵列。假设采用八台直径30厘米的望远镜，主恒星I波段极限星等可达7.3等，从而实现对17.3等伴星的成像。
关键词： 技术：干涉测量法；仪器：高角分辨率仪器；仪器：干涉仪
更新于2025-09-04 15:30:14