[論文レビュー] SST polarization model and polarimeter calibration

Jakob Selbing|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2010

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、スウェーデン1メートル太陽望遠鏡（SST）の偏光特性を正確に記述する5パラメータのムーアー行列モデルを提示しており、全ストークスパラメータにおいて0.4%の精度で妥当性が確認されている。回転する1/4波プレートと線形偏光子を用いたキャリブレーション手法を導入し、偏光計の変調行列を特定した。CCDの非線形性が主なキャリブレーションの課題であることが判明し、SSTで初のフルストークスイメージング偏光計測が可能になった。

ABSTRACT

A telescope polarization model for the SST [Swedish 1-m Solar Telescope] is developed and the parameters of this model are fitted to polarization measurements made with a 1-meter linear polarizer in front of the entrance window. In this model, the 1-meter lens is characterized by a five-parameter Muller matrix, corresponding to a retarder with arbritary variations of the retardance and fast-axis orientation across the aperture. The resulting model is verified by measuring the telescope polarization for unpolarized input light and comparing to predictions from the polarization model. The accuracy of the prediction is within approximately 0.4% for all normalized polarization components (Q/I, U/I and V/I). The polarimeter used is based on two nematic liquid crystals and one linear polarizer, and will be used for both imaging polarimetry and spectropolarimetry. The most critical calibration is measuring the modulation matrix. This is done by inserting one linear polarizer and one rotating quarter-wave plate in the optical path before the polarimeter, and measuring the modulated intensity. The calibration of the quarter-wave plate is optimized by measuring the linear polarizer only with the polarimeter, and then minimizing the error in degree of polarization plus the residual error for the inversion of the modulation matrix by iteration of the two unknown parameters (retardance and angle offset). We find that small non-linearities in the CCD response is the major obstacle in calibrating the polarimeter. The first full Stokes imaging polarimetry observations at the SST are shown. Comparing images before and after telescope compensation verify the telescope polarization model.

研究の動機と目的

• スウェーデン1メートル太陽望遠鏡（SST）の空間的変動する遅延量および速軸方位角を考慮した包括的な偏光モデルの構築を目的とする。
• 高精度のイメージングおよび分光偏光計測を実現するため、二重ネマチック液晶偏光計のキャリブレーションを目的とする。
• 1/4波プレートのキャリブレーションを最適化し、CCDの非線形性に対処することで、偏光測定誤差を最小限に抑えることを目的とする。
• 非偏光光を用いた入力により、望遠鏡の偏光モデルを検証し、予測値と観測値を比較する。
• 信頼性のある偏光キャリブレーションを実現し、SSTで初のフルストークスイメージング偏光計測を可能にする。

提案手法

• 空間的に変動する遅延量および速軸方位角を考慮した5パラメータのムーアー行列モデルを開発し、SSTの偏光応答を表現した。
• 固定された線形偏光子と回転する1/4波プレートを組み合わせて、偏光計の変調行列を測定するためのキャリブレーション手法を実施した。
• 遅延量および角度オフセットの反復的調整により、偏光度の残差誤差と変調行列の逆行列化誤差を最小化することで、1/4波プレートのキャリブレーションを最適化した。
• 非偏光光を入力として用い、望遠鏡の偏光モデルの妥当性を検証し、予測値と測定データを比較した。
• キャリブレーション精度への影響を分析することで、CCDの非線形性が主な誤差要因であることが特定された。
• キャリブレーション済みのシステムを用いて、SSTで初のフルストークスイメージング偏光計測を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5パラメータのムーアー行列モデルは、SSTのアパーチャー全域において、その偏光特性をどの程度の精度で記述できるか？
• RQ2 回転する波プレートを備えた二重ネマチック液晶偏光計の最適キャリブレーション手順は何か？
• RQ3 CCDの非線形性は、偏光計キャリブレーションの精度をどの程度制限するか？
• RQ4 開発されたモデルを用いて、望遠鏡の固有の偏光応答を信頼性を持って予測・補正できるか？
• RQ5 キャリブレーション済みの偏光計は、太陽の特徴を対象としたフルストークスイメージングにおいて、どの程度の性能を示すか？

主な発見

• 非偏光光入力時の測定値と比較して、SSTの偏光モデルは全正規化ストークスパラメータ（Q/I、U/I、V/I）を約0.4%の精度で予測した。
• 回転する1/4波プレートと線形偏光子を用いたキャリブレーション手法により、偏光度の誤差と変調行列の逆行列化誤差が効果的に低減された。
• CCDの非線形性が、より高精度な偏光計キャリブレーションを達成する上で主な障壁であることが特定された。
• キャリブレーション済みシステムを用いて、SSTで初のフルストークスイメージング偏光計測が成功裏に実施された。
• 補償前後の画像の比較により、偏光モデルの妥当性と予測能力が確認された。
• 5パラメータのムーアー行列モデルは、望遠鏡アパーチャー全域における遅延量および速軸方位角の空間的変動を効果的に捉えていた。