[論文レビュー] Apodized Pupil Lyot Coronagraph Working Without Lyot Stop

Mamadou N’Diaye, Kjetil Dohlen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2008

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、地上望遠鏡における高対比画像化を目的として、ライオットストップを備えないアポダイズドパupilライオットコロナグラフ（SLLC）を提案する。適応望遠鏡補正下で従来のアポダイズドパupilライオットコロナグラフ（APLC）と同等の性能を達成し、平均でΔm = 0.23マグニチュードのコントラスト向上を実現。これにより、星像のピーク強度が低減され、検出器の飽和を回避することができる。

ABSTRACT

In the context of high contrast imaging, we propose to evaluate the performance of the Apodized Pupil Lyot Coronagraph (APLC) working without Lyot Stop, namely Stop-less Lyot Coronagraph (SLLC). This coronagraph is a combination of an entrance pupil apodizer and an opaque mask in the following focal plane. However, contrary to APLC, SLLC is amputated by the traditional pupil stop. Our goal is to stress the interest of using this coronagraphic solution, in particular for instruments for which the introduction of a stellar coronagraph with Lyot stop is made impossible. We estimate the intensity attenuation achieved with SLLC and carry out our study with a focus on the case of Gran Telescopio Canarias (GTC). In a first step, numerical simulations are made assuming the absence of any aberration, thereafter SLLC performance is evaluated considering AO corrected wavefronts in our approach for ground-based instruments. SLLC performance proves to be equivalent to that obtained with APLC in presence of AO compensated atmospheric turbulence images, which Strehl ratio is S=0.552 at the wavelength lambda=1.57 mu m. This coronagraph allows to remove the peak intensity of a star image and therefore, avoid detector saturation. Moreover, it helps increasing the image dynamic range. A mean contrast gain in stellar magnitudes Delta m=0.23 is obtained with SLLC whereas APLC reaches a value Delta m=0.38.

研究の動機と目的

• ライオットストップを備えないアポダイズドパupilライオットコロナグラフ（APLC）を用いた高対比画像化の可能性を検討すること。
• ライオットストップの統合が実用的または不可能な地上望遠鏡の機器的制約に対処すること。
• アポダイザーおよび焦点面マスクを維持したままライオットストップを除去した場合のコントラストおよびダイナミックレンジの性能向上を評価すること。
• 現実的な適応望遠鏡（AO）条件下でのSLLCと従来のAPLCの性能を比較すること。
• SLLCが星像ピーク強度を効果的に抑制し、検出器の飽和を防げるかどうかを実証すること。

提案手法

• 理想的で収差のない波フロントを仮定した数値シミュレーションにより、ベースライン性能を確立する。
• その後のシミュレーションでは、グランテレスコピオカニアリス（GTC）での大気乱流をモデル化するため、AO補正済み波フロントを組み込む。
• SLLC設計は、入射パupilアポダイザーと焦点面の不透明マスクを備え、伝統的なライオットストップを省略する。
• AO補正下でのコントラスト指標およびダイナミックレンジの向上を用いて性能を定量化する。
• シミュレーションにおけるAO性能のベンチマークとして、λ = 1.57 μmにおけるスチュール比S = 0.552を用いる。
• 同一条件下でのSLLCと標準APLCの比較により、コントラストおよび強度抑制を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ライオットストップを備えないコロナグラフが、従来のAPLCと同等の高対比画像化性能を達成できるか？
• RQ2 AO補正済み波フロント下でのSLLCとAPLCのコントラスト向上はどの程度か？
• RQ3 SLLCはどのようにして星像ピーク強度を低減し、検出器の飽和を防ぐのか？
• RQ4 ライオットストップの欠如が、高対比画像化におけるダイナミックレンジにどの程度影響を与えるか？
• RQ5 ライオットストップの統合が技術的に不可能な機器において、SLLCは実用的な代替手段となるか？

主な発見

• SLLCは平均でΔm = 0.23マグニチュードのコントラスト向上を達成し、星光の効果的な抑制を示した。
• 波フロントが適応望遠鏡で補正された場合、SLLCの性能は従来のAPLCと同等である。
• シミュレーションでは、λ = 1.57 μmにおけるスチュール比S = 0.552が維持され、現実的なAO性能を示した。
• SLLCは星像のピーク強度を効果的に低減し、検出器の飽和を防止した。
• ライオットストップを必要とせず、中央ピークの抑制により画像のダイナミックレンジが向上した。
• ライオットストップの統合が困難な機器において、SLLCは顕著な性能損失なしに実用的な代替手段を提供した。