中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

太阳系外行星探测是当今天文学领域的研究热点。系外行星直接成像技术能够测量行星的质量、轨道、表面重力、有效温度等重要物理信息，通过进一步光谱分析能够研究行星的大气成分及精细组成，是未来确认系外生命特征信号的关键。当前或未来的极大口径望远镜的主镜通常采用子镜拼接结构，由于相邻子镜之间存在着很小但不容忽视的间隙，这些间隙会导致额外的衍射，从而限制高对比度成像性能。

为了解决该问题，本文瞄准未来大口径望远镜开展系外行星成像探测的需求，针对子镜拼接镜面望远镜的特殊光瞳结构，提出了一种基于液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator, LCSLM）的高对比度星冕仪成像系统，通过理论仿真分析和光学系统设计，搭建完成一套实验系统验证其技术可行性和实际性能。该系统核心器件为SLM和成像相机，在实验中，通过采集系统焦面的点扩散函数图像（Point Spread Function, PSF），利用随机并行梯度下降（Stochastic Parallel Gradient Descent Algorithm, SPGD）优化算法来控制该SLM进行振幅调制，多次迭代逼近最优函数，即位于PSF上工作区域内的能量最小。

最终该系统成像对比度达到目标值10-6，表明该系统能够用于当前和未来的地面以及空间拼接镜面望远镜，开展系外行星的高对比度直接成像探测。

本论文主要内容包括：(1)简要回顾系外行星探测方法和发展历史，针对子镜拼接镜面望远镜光瞳结构，提出本文的研究目标及主要解决的技术问题；(2)针对系外行星直接成像探测，系统介绍星冕仪技术以及团队在前期开展的研究工作及重要进展；(3)介绍基于液晶空间光调制器的高对比度成像光学系统设计及实验，重点介绍针对圆形光瞳和正六边形光瞳开展的实验及验证系统的可行性；(4)针对子镜拼接镜面望远镜光瞳结构开展优化设计，搭建完成高对比度星冕仪实验系统，在4-12λ/D的工作角范围内获得优于10-6的实验成像对比度；(5)说明后续开展的工作。本次实验只对光瞳进行了振幅调制，后续考虑增加纯相位型SLM进行相位调制，为进一步提升高对比度成像性能做技术储备。