系外行星成像的中阶波前控制：HiCAT 上分段可变形镜与 Zernike 波前传感器的初步表征

我们研究了一种中阶波前传感器（MOWFS），以解决未来大型分段孔径空间望远镜在系外行星成像中的精细共相位误差问题。观测类地行星绕类太阳恒星运行需要在可见光下达到 $10^{-10}$ 的对比度。一种有前景的解决方案是在观测恒星的图像中产生高对比度暗区。在空间天文台中，该暗区会受到多种效应的影响，其中包括由精细热机械漂移导致的望远镜镜面分段的微小失调。为了实时校正这些误差，我们研究了一种基于配备 Zernike 传感器的 MOWFS 的波前控制回路。该 MOWFS 于 2023 年 6 月安装在巴尔的摩的复杂孔径望远镜高对比度成像仪（HiCAT）测试平台上。该平台使用 37 分段 Iris-AO 可变形镜来模拟望远镜分段，并采用一些波前控制策略以在此类孔径下产生暗区。在本文中，我们首先使用 MOWFS 表征 Iris-AO 分段的离散化步长。对于中心分段，我们发现最小步长为 125 $\pm$ 31 pm。这一结果将有助于我们评估 Iris-AO DM 对 HiCAT 中对比度的贡献。随后，我们确定了 MOWFS 的探测极限，估计在 10 秒和 1 分钟曝光时间下，信噪比为 3 时的波前误差幅值分别为 119 pm 和 102 pm。这些数值为我们提供了关于测试平台上波前传感器测量能力的信息。这些初步结果将有助于为宜居世界天文台进行系外地球观测的计量学和稳定性提供见解。