Polarization aberrations in next-generation giant segmented mirror telescopes (GSMTs) I. Effect on the coronagraphic performance
Auteurs : Ramya M. Anche, Jaren N. Ashcraft, Sebastiaan Y. Haffert, Maxwell A. Millar-Blanchaer, Ewan S. Douglas, Frans Snik, Grant Williams, Rob G. van Holstein, David Doelman, Kyle Van Gorkom, Warren Skidmore
Points clés générés par l'IA
- Les télescopes à miroirs segmentés de nouvelle génération sont conçus pour réaliser l'imagerie directe et la caractérisation de planètes rocheuses similaires à la Terre.
- Cela nécessite des limites de contraste très élevées (de $10^{-7}$ à $10^{-8}$) aux longueurs d'onde allant du I au J.
- Les aberrations de polarisation résultant de la réflexion des surfaces des miroirs du télescope et des optiques instrumentales sont un aspect critique qui affecte le contraste brut sur le ciel.
- Des simulations ont été effectuées pour estimer l'effet de ces aberrations sur le contraste réalisable pour trois télescopes terrestres à miroir segmenté de nouvelle génération.
- L'impact des aberrations sur le contraste a été estimé en propageant les cartes pupillaires Jones à travers un ensemble de coronographes idéalisés en utilisant hcipy, une plateforme basée sur l'optique physique pour la simulation.
- Les simulations montrent que les aberrations de polarisation créent une fuite significative à travers un système coronographique.
- Le défaut retardateur est l'aberration dominante, qui limite le contraste entre $10^{-5}$ et $10^{-4}$ à 1 $\lambda/D$ aux longueurs d'onde visibles et entre $10^{-5}$ et $10^{-6}$ aux longueurs d'onde infrarouges.
- Le revêtement joue également un rôle important dans la détermination de la force des aberrations.
- Les aberrations de polarisation devront être prises en compte lors de la conception d'instruments d'imagerie à haut contraste pour la prochaine génération de télescopes extrêmement grands.
Résumé : Next-generation large segmented mirror telescopes are expected to perform direct imaging and characterization of Earth-like rocky planets, which requires contrast limits of $10^{-7}$ to $10^{-8}$ at wavelengths from I to J band. One critical aspect affecting the raw on-sky contrast are polarization aberrations arising from the reflection from the telescope's mirror surfaces and instrument optics. We simulate the polarization aberrations and estimate their effect on the achievable contrast for three next-generation ground-based large segmented mirror telescopes. We performed ray-tracing in Zemax and computed the polarization aberrations and Jones pupil maps using the polarization ray-tracing algorithm. The impact of these aberrations on the contrast is estimated by propagating the Jones pupil maps through a set of idealized coronagraphs using hcipy, a physical optics-based simulation framework. The optical modeling of the giant segmented mirror telescopes (GSMTs) shows that polarization aberrations create significant leakage through a coronagraphic system. The dominant aberration is retardance defocus, which originates from the steep angles on the primary and secondary mirrors. The retardance defocus limits the contrast to $10^{-5}$ to $10^{-4}$ at 1 $\lambda/D$ at visible wavelengths, and $10^{-5}$ to $10^{-6}$ at infrared wavelengths. The simulations also show that the coating plays a major role in determining the strength of the aberrations. Polarization aberrations will need to be considered during the design of high-contrast imaging instruments for the next generation of extremely large telescopes. This can be achieved either through compensation optics, robust coronagraphs, specialized coatings, calibration, and data analysis approaches or by incorporating polarimetry with high-contrast imaging to measure these effects.
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