Диссертация (1103493), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Пары изображений в двух плоскостях(зрачка и изображения) были получены экспериментально – свет с темного выхода94коронографа направлялся на светоделитель, разделялся на два пучка и наблюдалсядвумя различными камерами. Для фокусировки одного из разделенных лучейиспользовался объектив с фокусным расстоянием 500 мм. Экспериментпроводился одновременно с двумя лазерами. Как отмечалось выше, зеленый лазермоделирует звезду, красный – планету. Яркость красного лазера с помощьюнейтрального фильтра была ослаблена на 3 порядка по сравнению с зеленым.Угловое рассогласование между лазерами составляет около 2λ/D (λ = 632 нм, D = 5мм).
На начальном этапе, когда коронограф не наведен на осевой источник(рисунок 61), ошибка наведения оптической оси коронографа на зеленый лазероколо 4λ/D (λ = 532 нм, D = 5 мм), виден только яркий непогашенный свет зеленоголазера – зеленые интерференционные полосы в плоскости зрачка и две копиисмоделированной звезды в плоскости изображения. В ситуации наилучшегонаведения (рисунок 70) зеленый лазер значительно погашается и на фонезначительноослабленногокоронографомсветасмоделированнойзвездыстановятся видны две копии смоделированной планеты (красного цвета). Уголвращательного сдвига в схеме коронографа составлял 20°.Из рисунков 59-70 видно, что с помощью лабораторного прототипа,реализующего принцип ахроматического интерференционного коронографаобщего пути с переменным вращательным сдвигом, возможно погашать яркийточечный источник света (звезду) и наблюдать в его близкой окрестностислабоконтрастные объекты (планеты, области околозвездного диска).Достигнутая в ходе лабораторного эксперимента степень погашения света всхеме коронографа составляет около 3 порядков, что существенно нижетеоретических оценок коронографического контраста, полученных в главе 2.
Этотфакт является следствием недостаточного качества волнового фронта излучения,приходящего на вход коронографа, которое, в свою очередь, определяетсясостоянием оптических элементов, используемых в эксперименте. Степеньпогашения в 3 порядка соответствует ошибке волнового фронта λ/140. Однако дажеэто значение превышает характерное качество поверхности зеркал телескопов λ/10.Количественный результат в лабораторных условиях можно улучшить до 5…695порядков, если проводить эксперимент в помещении с контролем чистоты ирасширить возможности тонкой настройки положения элементов. Дальнейшееулучшение степени погашения потребует вакуумной камеры и системы адаптивнойоптики [39, 108, 124, 125, 126, 127].Рисунок 61 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света.
Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 4λ/D. Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)Рисунок 62 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 3λ/D. Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)96Рисунок 63 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 2λ/D.
Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)Рисунок 64 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 1λ/D. Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)97Рисунок 65 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 0.8λ/D.
Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)Рисунок 66 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 0.6λ/D. Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)98Рисунок 67 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 0.4λ/D.
Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)Рисунок 68 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету. Ошибканаведения на звезду около 0.2λ/D. Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскостиизображения (справа)99Рисунок 69 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света.
Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету (изображениясмоделированной планеты отмечены стрелками). Ошибка наведения на звезду около 0.05λ/D.Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскости изображения (справа)Рисунок 70 – Экспериментальное моделирование точного наведения коронографа на звезду ипогашения звездного света. Зеленый лазер моделирует звезду, красный – планету (изображениясмоделированной планеты отмечены стрелками). Ошибка наведения на звезду около 0.01λ/D.Изображения в плоскости зрачка (слева) и в плоскости изображения (справа).
Изображениесправа увеличено в три раза. Угол вращательного сдвига 20°4.3 Экспериментальная проверка увеличения пропускания при малых углахвращательного сдвигаКак было сказано в части 3.4, при малых углах вращательного сдвига,которые позволяют эффективнее гасить свет звезды, вектор поляризацииповорачивается также на малый угол и значительная часть полезного света (от100неосевого источника) направляется на светлый выход коронографа (светлый выход1 на рисунке 51). Внесение в схему соответствующей фазовой пластинкиобеспечиваетдополнительныйповоротвектораполяризации,такчтомаксимальная доля полезного светового сигнала оказывается на темном выходе.Целью эксперимента было проверить полученные в ходе программногорасчета в части 3.4 результаты, а именно пронаблюдать и получитьколичественную оценку улучшения пропускания схемы с малыми угламивращательного сдвига при внесении в схему фазовой пластинки.Как описано в части 4.1, эксперимент проводился с полуволновой фазовойпластинкой нулевого порядка из кристаллического кварца для длины волны 532 нм[123], которая, согласно расчетам, не нарушает работоспособности схемыкоронографа (см.
часть 3.3), но влияет на рабочий спектральный диапазон (см.часть 3.5).Интенсивность света на входе макета (интенсивность лазерного луча)оставалась неизменной во время всего эксперимента, что позволило напрямуюопределять изменение коэффициента пропускания оптической схемы при внесениифазовой пластинки как отношение интенсивностей на темном выходе в случаяхиспользования фазовой пластинки и без нее.На рисунке 71 представлены зависимости изменения коэффициентапропускания от угла поворота изображения в схеме с алюминиевыми зеркалами.Сплошная кривая построена по вычислениям программы расчета оптических схемCODE V.
Пунктирная кривая – по экспериментальным точкам. Из графика видно,что при уменьшении угла вращательного сдвига внесение фазовой пластинки напорядок и более улучшает пропускание схемы. Например, при угле ψ = 40° – в 7раз, при ψ = 16° – в 60 раз.
Значительный разброс экспериментальных точек награфике является результатом неточной настройки угла поворота изображения иугла крепления фазовой пластинки.Следует отметить, что пропускание схемы коронографа с фазовойпластинкой при указанных на рисунке углах поворота изображения 5°…45°возрастает до 11% при использовании зеркал с алюминиевым покрытием и до 18%101с серебряными зеркалами, что соответствует значению пропускания оптическойсхемы коронографа в среднем по всем длинам волн 16…20%, оцененному в части3.5.Рисунок 71 – Сравнение экспериментальных результатов, полученных на макете коронографа, спрограммным расчетом. Отношения коэффициентов пропускания: с фазовой пластинкой / безнее4.4 Выводы по главе 4Эксперименты, описанные в главе 4, проводились с целью проверитьвыполненные ранее, в главах 2 и 3 теоретический анализ принципаахроматического интерференционного коронографа с переменным вращательнымсдвигом и численный поляризационный расчет разработанной оптической схемы,реализующей принцип ахроматического интерференционного коронографа (нульинтерферометра) с переменным вращательным сдвигом.Для этого был создан лабораторный прототип, а также собран необходимыйиспытательный стенд, включающий источники когерентного и некогерентногосвета.Экспериментыслабораторнымпрототипомкоронографа(нуль-интерферометром) показали его применимость в качестве астрономическогоинструмента для наблюдения слабоконтрастных источников в окрестности ярких.Так при работе с прототипом было осуществлено погашение яркого точечного102источника света (имитирующего звезду) и наблюдение в непосредственнойблизости от него тусклого, ранее ненаблюдаемого источника (имитирующегоэкзопланету).
Эксперимент проводился при различных углах вращательногосдвига оптического изображения (45°, 20°, 10°) как с монохроматическимисточником света, так и с источником света непрерывного спектра.Проверены результаты, полученные в ходе численного расчета пропусканиясхемы коронографа при малых углах вращательного сдвига после внесения в схемуфазовой пластинки (часть 3.4). Показано, что фазовая пластинка улучшаетпропускания полезного светового сигнала при малых углах поворота оптическогоизображения, при этом абсолютное значение коэффициента пропусканиясогласуется с оценкой, сделанной в части 3.5, – 16…20%.1035 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ5.1 Применение звездного коронографаНепосредственная задача, которую решает звездный коронограф, – этопогашение яркого источника света для наблюдения его близкой окрестности иисследования в ней слабоконтрастных объектов и особенностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
