液晶阵列及超级自适应光学用于太阳系外行星直接成像的研究

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1、分类号UDC编号中国科学院大学博士学位论文指导教师筮丞国班窒虽堡筮渣．鲢虽生国挝堂医亩塞云室当堂拉扭窒匮申请学位级别墁±学科专业名称丞签翅理论文提交日期至Q!至生!至旦论文答辩日期至Q!墨生!旦培养单位生国抖堂医直立丞耋￡造堂燕苤班窒匝答辩委员会主席LiquidCrystalArrayandExtremeAdaptiveOpticsforExoplanetDirectImagingXiZhangDirectedby：Prof．YongfianZhuProf．DeqingRenAdissertat

2、ionsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofScienceforthedegreeofPHDofScienceNanjingInstituteofAstronomicalOptics&Technology,NationalAstronomicalObservatories，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210042，ChinaDec20，2012原创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所

3、取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：——日期：关于学位论文使用授权的声明本人完全了解中科院南京天文光学技术研究所有关保留、使用学位论文的规定，同意单位保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权中科院南京天文光学技术研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

4、印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：II太阳系外行星探测是当今国际天文学领域的热点课题之一，也是公众最关注的天文学课题之一。太阳系外行星探测分为间接探测技术和直接探测技术两种方法，其中直接探测技术即对系外行星直接成像，相比其他间接探测方法能够获得更多的被探测行星的物理参数，而且可以直接获取来自系外行星的星光并使用光谱仪分析处理，这是其他间接探测方法不具备的。因此直接探测技术在系外行星探测领域日益受到重视。系外行星直接成

5、像技术的难点在于来自系外行星的微弱光信号会被强于其105～109倍的恒星衍射光所淹没，目前国际上的通用方法是采用星冕仪压制恒星衍射光的方案，各系外行星直接成像研究团队均提出了自己的高对比度成像星冕仪。中科院南京天文光学技术研究所也于2005年提出了自己的基于透过率渐变调制技术的星冕仪，该星冕仪采用在光瞳面放置镀有透过率金属膜的玻璃基板实现透过率调制并在焦面获得高对比度的点扩散函数图像。目前的星冕仪系统在实际观测中面临两个问题：一、上述星冕仪均采用了被动式元件，经加工完成后只能适用于一套望远镜系统

6、，具有固定的性能。但望远镜系统以及星冕仪系统本身始终存在多种误差导致的静态和准静态像差，由于像差的介入，上述被动式星冕仪无法达到最佳的工作性能。二、出于成本考虑，地基望远镜是搭载星冕仪系统的首选平台，但同时也面临大气扰动对成像对比度的严重制约。自适应光学是校正大气扰动的通用方法，但针对高对比度成像而言，目前研制成功的低阶自适应光学系统并不能带来足够好的像质改善。针对第一个问题，本文首次提出了采用液晶阵列作为主动可调制的元件用于星冕仪系统。该方案通过在液晶阵列上加载不同的透过率调制图案，因此星冕仪

7、系统将为不同亮度和角距离的目标提供探测所需的成像对比度，并且通过实时校正所加载的透过率图案，使得星冕仪的实际成像对比度逼近设计值。实验证明该基于液晶阵列的主动式星冕仪可获得lO‘5的成像对比度。在这一对比度下，星冕仪对年轻类木行星的成像探测是可能的，而对星冕仪系统中残存像差的校正是未来提高液晶阵列星冕仪性能的关键。针对第二个问题，国外的大望远镜团队均开始发展适用于系外行星直接成像的超级自适应光学技术，该技术主要关注于三个方面：一、自适应光学系统对大气扰动的高阶高速校正；二、准静态像差造成的散斑噪

8、声的抑制；三、波前传感器和焦面光路的非共光路像差的消除。针对以上三个问题，本文均提出了自己的方法和理论，并提出在国内率先开展超级自适应光学技术的研究。本文阐述了一套已搭建的自适应光学实验系统以及在实验室和天文台实测的结果，对散斑噪声抑制技术和非共光路像差校正也进行了研究，并结合国内外的天文台址和望远镜平台，对超级自适应光学系统在其上的性能做了具体分析。综上所述，基于液晶阵列的主动式星冕仪和超级自适应光学技术是解决目前星冕仪系统在实际应用中遇到问题的有效手段。同时采用主动校正概念的这两项技术使得星