用于系外行星成像的非冗余孔径掩模关键技术研究

Searching for faint companions around bright nearby stars is one of the most challenging goals of today's astronomy. This requires high-contrast and high-angular resolution imaging. The angular resolution is ultimately constrained by the diffraction of the telescope, in order to super-resolution imaging, we can use the optical interferometry. Designed the non-redundant aperture mask is installed in the existing telescope pupil plane, it simulates the array composed of the separate sub-apertures, and provides a high contrast, high resolution imaging technology. By studying this project, we will master non-redundant aperture mask interferometry image processing methods, achieve high contrast closure phase technology, which is used to detect extrasolar planets, able to detect the range of 0.5 λ /D -4λ /D, the contrast to 1/10000-1/100000. This technique is easy to add to the ground / space-based telescopes, increased high-resolution capability, it does not need to sacrifice its widespread use in the astrophysical observation area.

对太阳系外行星直接进行成像观测是当今天文观测的热点问题也是最具挑战性的课题之一。为了实现对系外行星的成像观测，必须解决高对比度和高分辨率的难题。望远镜的衍射极限为1.22λ/D，限制了现有成像技术的的最小分辨率。 将非冗余孔径掩模安装在望远镜的瞳面上，模仿由彼此分离的子孔径单元构成的干涉阵，提供了一种高对比度、超衍射极限的高分辨率成像技术。本项目将对其关键技术进行研究，包括实现高对比度的闭合相位技术，实现高分辨率频域处理技术，将其用于系外行星成像，成像角间距为0.5λ/D - 4λ/D，对比度达到1/10000-1/100000。 此技术易于添加到地基/空基全口径望远镜上，增加了望远镜高分辨率的能力，能够对小于衍射极限的角间距的高对比度伴星进行成像，对系外行星系统以及星的演化进行研究，这并不需要牺牲望远镜在天文物理观测方面的广泛用途。

受到大气扰动的影响，利用地基大光学望远镜获得衍射极限成像是许多天文观测的重要目的。当前，当自适应光学在享受巨大的成功时，其他非实时的、采用对探测数据进行后处理的技术，对于实现高角分辨率探测依然弥足珍贵。受大气扰动限制的分辨率可通过在望远镜的瞳面上添加非冗余孔径掩模、采用闭合相位技术来突破。. 本课题通过理论分析，数学建模和计算机模拟对非冗余孔径掩模技术进行了研究，研究表明其干涉本质使得望远镜的分辨率达到了λ/2D（λ是观测波长，D是望远镜口径），以及闭合相位作为观测值使得其动态范围达到了1/1000-1/10000。并对双星的实验研究验证了我们数据处理的正确性。研究成果已用于双星的实际观测。. 虽然此技术达到的动态范围无法与星冕仪进行比较，但这是唯一能够以衍射极限的分辨率接近中心恒星的探测技术，这是星冕仪等其他技术无法达到的区域。为此，该技术的用武之地是以高对比度探测角尺度在衍射极限或者近于衍射极限的结构。