高Strehl regime中相位与幅度估计的根本限制

背景：地面天文望远镜易受大气扰动影响，降低大型观测设施的分辨率，使其仅相当于家用望远镜的分辨力。因此，补偿这些效应至关重要，以实现即将到来的超大型望远镜的潜能，这是一项具有挑战性的任务，需要精确的波前控制。最终，这种精度受限于波前传感器 (WFS) 及其准确编码相位和幅度畸变的能力。目标：我们关注高Strehl regime下受限于散粒子噪声的波前感知。在此基础上，我们寻求相位和幅度估计的根本限制，以及能够实现这些限制的WFS。方法：运用信息论推导最低可实现残差误差，依据一种称为Holevo Cramer-Rao bound的指标。Holevo界与另一种称为量子Cramer-Rao bound的指标密切相关，该指标已用于 nearly-corrected波前的相位估计。结果：我们提出一种可完美提取并相位偏移天文望远镜活塞模式的WFS。我们展示了如何利用该相位来调整仪器对相位和幅度的灵敏度，并提供了最优相位偏移的闭式表达式。对于圆形光学腔，此实现可实现根本限制的饱和，但可轻易修改以适用于任意光学腔形状。此外，我们的方案使用当今可制造的光学元件，并可通过几何相位移射器实现易于色差校正。