差分波前传感器偏置漂移对高对比度成像的影响

双子座行星成像仪（GPI）是一种新的设施级极端自适应光学（AO）日冕仪仪器，目前正集成到 8 米双子座南望远镜上，其最终目标是直接成像系外行星。为了实现所需科学目标的对比度，必须量化并减轻波前误差（WFE）。潜在静态 WFE 的一个主要来源是主 AO 波前传感器（WFS）探测器使用多个读出段，这些读出段具有独立的信号链，包括片上前置放大器和外部放大器。GPI 电子设备内的温度变化会导致读出段的偏置电平漂移，对于 4 等星和 11 等星，分别在 4.44 摄氏度的温度变化下诱发 1.1 nm 和 41.9 nm 的均方根 WFE。由于目标是静态 WFE $<$2 nm，这些误差足以需要采取补救措施。模拟表明，对于 6 等星，要求每 2 摄氏度温度变化采集一次新的 WFS 暗场；同样，对于 7 等星，每 1 摄氏度温度变化就需要采集一次。对于足够暗的恒星，偏置漂移超过信号，导致巨大的初始 WFE，前述周期性要求实际上变成了瞬时/连续性的要求，使得对于 9 等或更暗的恒星很难实现 $<$2 nm 的静态 WFE 目标。在极端情况下，由于感知到非物理波前，这可能导致 AO 环路失稳，因为某些 WFS 的 Shack-Hartmann 四象限单元被分割在多个读出段之间。本文介绍了 GPI 的 AO WFS 几何结构，以及用于量化偏置漂移相关 WFE 的模拟详细步骤，随后是实验室和天空观测结果，最后提出了可能的补救方法。