SAXO+升级的数值模拟：自适应光学系统性能分析

自2014年起在VLT上运行的SPHERE，是目前性能较高的高对比度仪器之一。其自适应光学系统SAXO将升级为SAXO+，其特点是增加第二级自适应光学。该级将使用近红外金字塔波前传感器，以记录围绕较红恒星的更暗系外行星的图像。在这项工作中，我们比较了SAXO和SAXO+的性能。我们针对不同的科学案例和湍流条件，寻找SAXO+关键系统参数的最优值。我们使用端到端自适应光学模拟工具COMPASS进行了数值模拟。我们模拟了轴上点源的完美日冕仪图像，并将3到5 λ/D之间的残余星光强度最小化作为性能标准。探索的参数空间包括科学案例、湍流条件和关键系统参数。在每种科学案例和湍流条件下，与SAXO相比，SAXO+将第二级校正区域内的残余星光强度降低了十倍。SAXO+的最优第一级增益低于单独的SAXO。我们量化了将第二级频率从2 kHz改为3 kHz时SAXO+的性能增益，并得出结论：对于大多数实际条件，2 kHz可能就足够了。我们针对每种视宁度、相干时间和科学案例，给出了最优的第一级增益以及第一级和第二级频率。最后，我们发现2 λ_WFS/D的金字塔调制半径是在性能和对变化湍流条件的鲁棒性之间的一个良好折衷。这项研究表明，未来的SAXO+系统在所有研究案例中都将优于当前的SAXO系统。