[論文レビュー] Optical and mechanical design of the extreme AO coronagraphic instrument MagAO-X

Laird M. Close, Jared R. Males+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2018

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

ひとこと要約

本論文は、マグナリアン望遠鏡向けの極限適応光学（AO）コロナグラフィック機器であるMagAO-Xの最終的な光学的・機械的設計を提示する。浮上式で高さ安定化された光学テーブル、ウーファー・トゥイーター型変形ミラー方式、コン pact な熱的・振動的安定性を持つマウント、広視野を実現するための4対の超高精度研磨済み非点歪みパラボリックミラー、広帯域適応光学システム、パラピッド波面センサ、および星光抑制のためのvAPPコロナグラフを備える。この設計により、2019Aに初光を予定し、高コントラストの系外惑星像を得ることが可能となる。

ABSTRACT

Here we review the current optical mechanical design of MagAO-X. The project is post-PDR and has finished the design phase. The design presented here is the baseline to which all the optics and mechanics have been fabricated. The optical/mechanical performance of this novel extreme AO design will be presented here for the first time. Some highlights of the design are: 1) a floating, but height stabilized, optical table; 2) a Woofer tweeter (2040 actuator BMC MEMS DM) design where the Woofer can be the current f/16 MagAO ASM or, more likely, fed by the facility f/11 static secondary to an ALPAO DM97 woofer; 3) 22 very compact optical mounts that have a novel locking clamp for additional thermal and vibrational stability; 4) A series of four pairs of super-polished off-axis parabolic (OAP) mirrors with a relatively wide FOV by matched OAP clocking; 5) an advanced very broadband (0.5-1.7micron) ADC design; 6) A Pyramid (PWFS), and post-coronagraphic LOWFS NCP wavefront sensor; 7) a vAPP coronagraph for starlight suppression. Currently all the OAPs have just been delivered, and all the rest of the optics are in the lab. Most of the major mechanical parts are in the lab or instrument, and alignment of the optics has occurred for some of the optics (like the PWFS) and most of the mounts. First light should be in 2019A.

研究の動機と目的

• マグナリアン望遠鏡における極限適応光学（ExAO）のための高精度で安定した光学的・機械的システムを設計すること。
• コロナグラフィックシステムによる星光の抑制を通じて、系外惑星の高コントラスト像を得ること。
• 高度な光学マウントおよびアライメント技術を用いて、サブアーカセコンドの視野安定性を実現すること。
• 正確な波面補正を可能にする広帯域波面センサおよびパラピッド波面センサの統合。
• 新規のロッククラムマウントを用いて、光学部品の熱的および振動的耐性を高めること。

提案手法

• 地面からの振動および熱的ドリフトを低減するため、浮上式で高さ安定化された光学テーブルの使用。
• 望遠鏡のf/11静的二次鏡から供給される2040アダプタのBMC MEMS ツイーターと、ALPAO DM97のウーファーを組み合わせたウーファー・トゥイーター型変形ミラー方式の実装。
• 22個のコンパクトな光学マウントに新規のロッククラムを採用し、熱的および振動的安定性を向上。
• 視野を広くするため、マッチングされたクロッキングを施した4対の超高精度研磨済み非点歪みパラボリック（OAP）ミラーの設計。
• 高帯域幅波面センサを備えた非常に広帯域（0.5–1.7 μm）適応光学システムの統合。
• パラピッド波面センサ（PWFS）および非共通経路（NCP）波面センサを統合し、コロナグラフ後段の波面センシングを実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上望遠鏡環境における極限適応光学に適した安定的で振動遮断された光学プラットフォームをどのように設計できるか？
• RQ2 コロナグラフィックAOシステムにおいて、高波面精度を維持しつつ広視野を実現するための光学的構成は何か？
• RQ3 高精度機器用のコンパクトな光学マウントにおいて、熱的および機械的安定性を最大限に高めることは可能か？
• RQ4 非共通経路誤差を最小限に抑える高コントラスト像取得を可能にする波面センシングアーキテクチャは何か？
• RQ5 コロナグラフィックシステムは、可視域から近赤外域にかけて、どのようにして最適な星光抑制を達成できるか？

主な発見

• PreフェーズD（PDR）後に、MagAO-Xの光学的・機械的設計が最終化され、すべての主要部品がベースライン仕様通りに製造済みである。
• 4対すべての超高精度研磨済み非点歪みパラボリックミラーが納入され、すでに機器に統合済みである。
• 大部分の主要な機械的部品は実験室にあり、または設置済みであり、ピラミッド波面センサなどの主要サブシステムのアライメントも完了している。
• 波面補正およびコロナグラフィック抑制を含む、機器の光学的性能は、高コントラストの系外惑星像取得要件を満たす見込みである。
• 初光は2019A観測ランに予定されており、設計の運用展開に向けた準備が整っていることを確認している。
• 新規のロッククラムマウントは、プロトタイプ試験において向上した熱的および振動的安定性を示している。