用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，包括星冕仪系统、中继镜、基于相位调制的偏振调制组件、成像镜以及探测器。在星冕仪系统基础上引入偏振仪，采用液晶相位延迟器作为调制器件，通过施加不同的电压获得不同的强度值，最后反演出Stoeks参量。鉴于行星光有一定偏振特性，恒星光无偏振特性，经过此高对比度偏振成像系统后能够将行星光从恒星光中分辨出来，实现高对比度偏振成像。同时该系统引入了渥拉斯顿棱镜构成双光路，以减少大气湍流的影响，同时还可以获得额外的对比度增益，能够实现～100倍的成像对比度增益。度增益。度增益。

【技术实现步骤摘要】
用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统


[0001]本专利技术涉及系外行星探测
，具体而言涉及一种基于液晶相位延迟器的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统。

技术介绍

[0002]系外行星探测主要包括间接探测技术和直接成像技术。间接探测是根据行星和恒星之间相互作用产生的现象为探测依据，直接成像可以捕获行星的光子信息，进而对其进行光谱观测，分析行星的物理结构和参数。由于恒星和行星的对比度悬殊，行星淹没在望远镜的衍射光子噪声中，使得系外行星直接成像技术极具挑战性，通用的办法是采用星冕仪对衍射光子噪声进行抑制。
[0003]然而望远镜及终端仪器光学系统的不理想表面会引入散斑噪声，使得行星光淹没在散斑噪声中，无法对成熟冷行星进行直接成像，根据恒星辐射光不具有偏振特性，光波的振动方向是随机的，然而来自行星大气反射的光，因为其与大气分子相互作用而具有一定的偏振特性，根据恒星光与行星光在偏振特性上的差异，通过引入偏振测量系统提取行星的偏振信号，消除散斑噪声对对比度的影响。传统星冕仪系统在解决散斑噪声时，通过引入多块变形镜，系统成本高，系统结构复杂，控制系统复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，在星冕仪系统基础上引入偏振测量系统，采用液晶相位延迟器(LCVR)作为调制解调器件，通过施加不同的电压获得不同的强度值，最后反演出Stoeks参量，实现对行星偏振信号的偏振测量和高对比度偏振成像。
[0005]根据本专利技术目的的第一方面提出一种用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，包括星冕仪系统、中继镜、基于相位调制的偏振调制组件、成像镜以及探测器，其中：
[0006]星冕仪系统，用于接收来自天文望远镜的星光，并对其进行抑制后输出；
[0007]中继镜，位于星冕仪系统的焦平面后方，用以准直星冕仪系统输出的星光；
[0008]基于相位调制的偏振调制组件，位于中继镜的后焦面位置，用于对准直后的星光进行偏振调制和偏振解调，然后通过所述成像镜将星光成像在所述探测器上；
[0009]其中，所述基于相位调制的偏振调制组件包括位于中继镜的后焦面位置的液晶相位延迟组件以及位于液晶相位延迟组件后方的渥拉斯顿棱镜；所述液晶相位延迟组件包括依次沿光轴设置的第一液晶相位延迟器以及第二液晶相位延迟器；
[0010]经由中继镜准直的星光依次经过液晶相位延迟组件的第一液晶相位延迟器以及第二液晶相位延迟器进行偏振调制，再经由所述渥拉斯顿棱镜产生双光束进行偏振解调，最后经由成像镜将光束成像在所述探测器上。
[0011]作为可选的实施例，所述第一液晶相位延迟器的快轴方向位于垂直于水平面的位
置，第二液晶相位延迟器的快轴与第一液晶相位延迟器的快轴成45度角地布置。
[0012]作为可选的实施例，所述渥拉斯顿棱镜的第一透振方向与第一液晶相位延迟器快轴方向一致，第二透振方向与第一透振方向正交。
[0013]作为可选的实施例，所述第一液晶相位延迟器以及第二液晶相位延迟器被施加四组不同的电压，获得不同的相位延迟量，从而对光束的偏振特性进行调制，再经过渥拉斯顿棱镜进行偏振解调，在四种不同的调制模式下通过所述探测器采四幅强度图像，通过四幅图像计算出四个Stokes分量，最终获得偏振图像。
[0014]由此，通过对两块液晶相位延迟器LCVR快轴成45
°
夹角，施加不同的电压，实现不同的相位延迟量。通过施加四组不同的电压，获得四幅图像，最终获得全Stokes参量的偏振图像，从而实现高对比度偏振成像。
[0015]作为可选的实施例，所述星冕仪系统采用基于液晶空间光调制的相位引入型星冕仪系统，包括：沿着入瞳光路依次布置的准直镜、孔径光阑、第二成像镜、偏振片以及液晶空间光调制器；沿着出瞳光路依次布置的第二中继镜、Lyot光阑以及汇聚镜；
[0016]所述准直镜用于对来自望远镜的光进行准直，所述孔径光阑用于限制入瞳光束的口径；
[0017]来自望远镜的光经过所述准直镜进行准直以及经由所述孔径光阑进行限制后，经由所述第二成像镜和偏振片而成像在焦平面位置，所述液晶空间光调制器与入瞳光路的第一光轴成一定角度地设置并位于焦平面位置；
[0018]所述液晶空间光调制器被设置成根据预设的拓扑数产生灰度值图像，用以对在液晶空间光调制器上的成像进行相位调制，产生涡旋光；
[0019]所述漩涡光经设置于出瞳光路的所述第二中继镜准直后，再通过所述Lyot光阑将涡旋光外围的光进行遮挡，最后经过汇聚镜后投射到第一中继镜。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统的显著有益效果在于：
[0021]鉴于行星光的偏振特性而恒星光无偏振特性，本专利技术提出的高对比度偏振成像系统针对星冕仪系统的散斑噪声，通过引入液晶相位延迟器LCVR作为核心元件的偏振仪，实现对行星偏振信号的偏振测量，获得成像对比度的额外增益，能够将行星光从恒星光中分辨出来，有效的抑制系统的散斑噪声，可实现两个数量级的对比度增益。
[0022]本专利技术通过采用液晶相位延迟器作为偏振调制元件，可以实现快速调制，无机械运动部件，避免了光线抖动，可实现高精度偏振测量；为了解决大气扰动引起的串扰问题，本专利技术通过引入了渥拉斯顿棱镜构成双光路，代替传统单一光束偏振元件，由此可以同时测量相互垂直的偏振分离，通过偏振相减消除大气扰动引起的变化，减少大气湍流的影响。
[0023]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。
[0024]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0025]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：
[0026]图1是本专利技术实施例的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统的示意图。
[0027]图2是本专利技术实施例的星冕仪系统的示意图。
[0028]图3是施加到液晶空间光调制器上的灰度图的示例。
[0029]图4是星光经过相位调制后出瞳位置的强度图。
具体实施方式
[0030]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0031]在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，包括星冕仪系统(20)、中继镜(30)、基于相位调制的偏振调制组件(40)、第一成像镜(50)以及探测器(60)，其中：星冕仪系统(20)，用于接收来自天文望远镜的星光，并对其进行抑制后输出；中继镜(30)，位于星冕仪系统(20)的焦平面后方，用以准直星冕仪系统(20)输出的星光；基于相位调制的偏振调制组件(40)，位于中继镜(12)的后焦面位置，用于对准直后的星光进行偏振调制和偏振解调，然后通过所述第一成像镜(50)将星光成像在所述探测器(60)上；其中，所述基于相位调制的偏振调制组件(40)包括位于中继镜(12)的后焦面位置的液晶相位延迟组件(41)以及位于液晶相位延迟组件(41)后方的渥拉斯顿棱镜(42)；所述液晶相位延迟组件(41)包括依次沿光轴设置的第一液晶相位延迟器(41A)以及第二液晶相位延迟器(41B)；经由中继镜(30)准直的星光依次经过液晶相位延迟组件(41)的第一液晶相位延迟器(41A)以及第二液晶相位延迟器(41B)进行偏振调制，再经由所述渥拉斯顿棱镜(42)产生双光束进行偏振解调，最后经由第一成像镜(50)将光束成像在所述探测器(60)上。2.根据权利要求1所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述第一液晶相位延迟器(41A)的快轴方向位于垂直于水平面的位置，第二液晶相位延迟器(41B)的快轴与第一液晶相位延迟器(41A)的快轴成45
°
地布置。3.根据权利要求2所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述渥拉斯顿棱镜(42)的第一透振方向与第一液晶相位延迟器(41A)快轴方向一致，第二透振方向与第一透振方向正交。4.根据权利要求3所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述渥拉斯顿棱镜(42)的基底为石英，光束分离角度为1
°
，消光比>10000：1。5.根据权利要求3所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述渥拉斯顿棱镜(42)的透振方向分别严格垂直和平行于水平面。6.根据权利要求1所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述中继镜(30)和第一成像镜(50)均包括至少一个凸透镜，并且，凸透镜的焦距相同。7.根据权利要求1所述的用于系外行星直接成像的高对比度偏振成像系统，其特征在于，所述探测器(60)为C...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成超，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：