Nulling Interferometers for Space-based High-Contrast Visible Imaging and Measurement of Exoplanetary Environments

تصویربرداری نجومی با کنتراست بالا در دهه گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است. بسیاری از این تکنیک‌ها در آزمایشگاه نشان داده شده‌اند که در سطوح کنتراست مناسب برای تشخیص سیارات مشابه منظومه شمسی و غبار اطراف ستاره‌های مجاور عمل می‌کنند. با این حال، هیچ یک از آنها در فضا نشان داده نشده اند. پیشرفته ترین سیستم های تصویربرداری با کنتراست بالا که برای رصد مبتنی بر فضا ساخته شده اند، محیطی که بهترین محیط برای مطالعه طیف سنجی زمین های بیرونی مناسب است، تداخل سنج تهی است که بر روی بستر آزمایش مفهوم تصویربرداری سیاره ای با استفاده از آزمایش موشکی پرواز کرد. (تصویر). تداخل سنج تهی PICTURE که از عناصر نوری متعدد ساخته شده است، بر ترکیب اجزای پراکنده اضافی برای ارائه عملکرد پهنای باند ترجیح داده شده برای تصویربرداری از اشیاء ضعیف متکی است. این عناصر به هزینه، پیچیدگی و خطر ناهماهنگی ابزار می افزایند.

کروناگراف تداخلی بی رنگی یکپارچه (MANIC) برایان هیکس در این پایان نامه اولین اپتیک در نوع خود را توصیف می کند. او مفهوم عناصر نوری چندگانه را که در کارهای قبلی شرح داده شد، از تئوری به یک نوری یکپارچه قابل پرواز درآورده است. برایان با بهبود پایداری نوری و استحکام، پیشرفته‌ترین فناوری را در تداخل‌سنج‌های تهی‌کرده ارتقا داده است. به دنبال استفاده از روش ساخت شرح داده شده در این کار، طراحی MANIC همچنین اجازه می دهد تا عملکرد باند وسیع تری را در کنتراست بالاتر نسبت به تداخل سنج تهی PICTURE ایجاد کند.

High-contrast astronomical imaging has progressed significantly in the past decade. Many of these techniques have been laboratory demonstrated to perform at contrast levels adequate for the detection of Solar System-like planets and dust around nearby stars. None of them, however, have been demonstrated in space. The state of the art in high-contrast imaging systems that have been built for space-based observation, the environment best suited for spectroscopic study of exo-Earths, is the nulling interferometer that was flown on the Planetary Imaging Concept Testbed Using a Rocket Experiment (PICTURE). The PICTURE nulling interferometer, built from multiple optical elements, relies on the incorporation of additional dispersive components in order to deliver the broadband performance preferred for faint object imaging. These elements add to the cost, complexity, and misalignment risk of the instrument.

The Monolithic Achromatic Nulling Interference Coronagraph (MANIC) Brian Hicks describe in this thesis the first optic of its kind. He has taken the multiple optical element concept described in earlier works from theory to a flyable monolithic optic. Brian has advanced the state of the art in nulling interferometers by improving optical stability and robustness. Following application of the fabrication method described in this work, the design of MANIC also allows for broader band performance at higher contrast than that achieved with the PICTURE nulling interferometer.