中红外 AGPM 矢量涡旋日冕仪的实验室演示

日冕仪是一种实现高对比度成像的强大技术，从而能够对明亮目标周围的微弱伴星进行成像。各种概念已应用于可见光和近红外波段，而中红外波段的日冕仪应用目前仍未得到充分探索。基于同心亚波长光栅的矢量涡旋相位掩模在此类应用中显示出巨大前景。我们的目标是制造并验证首个用于中红外波段（特别是具有约 16% 分数带宽 (3.5-4.1 $\mu m$) 的 L 波段）的高性能宽带焦平面相位掩模日冕仪。基于严格耦合波分析，我们设计了一种在 L 波段产生涡旋效应的环形槽相位掩模 (AGPM)，并将其刻蚀在一系列金刚石衬底上。通过扫描电子显微镜测量了光栅参数。随后在中红外日冕仪测试台上对所得组件进行了测试。经过仅几次设计与制造之间的迭代，我们最好的 L 波段 AGPM 获得了 $2 \times 10^{-3}$ 的宽带原始零陷深度。这对应于在 $2\lambda/D$ 处约 $6 \times 10^{-5}$（10.5 星等）的原始对比度。该结果与我们基于严格耦合波分析建模并使用实测光栅参数的预测完全一致。我们还评估了对倾斜和聚焦的敏感性。经过多年的技术发展，中红外矢量涡旋日冕仪终于成为现实并达到了我们的预期。基于其实测性能，我们的 L 波段 AGPM 现已准备好在主要地面天文台开启系外行星成像的新参数空间。