RU171552U1

RU171552U1 - ACHROMATIC INTERFERENCE CORONOGRAPH

Info

Publication number: RU171552U1
Application number: RU2016136753U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Тавров; Павел Николаевич Фролов
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-06-06

Abstract

Заявленная полезная модель относится к области наблюдательной астрономии и может быть использована для визуализации слабоконтрастных источников вблизи ярких, в частности для наблюдения внесолнечных планет около ближайших звезд.Ахроматический интерференционный коронограф выполнен по модифицированной схеме неплоского кольцевого интерферометра Саньяка, который содержит два поляризационных светоделителя, один из которых размещен на входе, полуволновую фазозадерживающую пластину и шесть последовательно размещенных плоских зеркал.Технический результат - увеличение коронографического контраста при наблюдении экзопланет и других слабоконтрастных объектов и особенностей в окрестности звезд. 2 ил.The claimed utility model relates to the field of observational astronomy and can be used to visualize low-contrast sources near bright ones, in particular to observe extrasolar planets near the nearest stars. The achromatic interference coronograph is made according to a modified scheme of the non-planar ring Sagnac interferometer, which contains two polarizing beam splitter, one of which placed at the entrance, a half-wave phase-holding plate and six consecutively placed flat mirrors. The technical result is an increase in coronographic contrast when observing exoplanets and other low-contrast objects and features in the vicinity of stars. 2 ill.

Description

Область применения и уровень развития техникиScope and level of technology development

Настоящая полезная модель относится к области наблюдательной астрономии и может быть использована для визуализации слабоконтрастных источников вблизи ярких, в частности для наблюдения внесолнечных планет (экзопланет) около ближайших звезд.This useful model belongs to the field of observational astronomy and can be used to visualize low-contrast sources near bright ones, in particular, to observe extrasolar planets (exoplanets) near the nearest stars.

Для того чтобы ослабить высокий оптический контраст между звездой и ее окрестностью, звездная коронография интенсивно развивалась, ведя свое начало от солнечного коронографа Бернара Лио. В звездных коронографах маска "искусственная Луна" солнечного коронографа заменялась различными по устройству фазовыми и амплитудными масками совместно с использованием методов апподизации и изменением формы входного зрачка оптической схемы.In order to attenuate the high optical contrast between the star and its environs, stellar coronography intensively developed, originating from the solar coronograph Bernard Lio. In stellar coronographs, the “artificial moon” mask of the solar coronograph was replaced by phase and amplitude masks of various types, combined with the use of apodization methods and a change in the shape of the entrance pupil of the optical circuit.

Важным шагом в развитии звездной коронографии стал ахроматический интерференционный коронограф (АИК), предложенный в 1996 году (Gay J., Rabbia Y. C.R. Acad. Sci. Paris. Serie II b. 1996. T. 332. P. 265-271). Основным достоинством АПК является ахроматизм в широком диапазоне длин волн. АИК имеет наилучшее пространственное разрешение (наименьший рабочий угол), а также устраняет симметричные (четные) статистические аберрации, что позволяет использовать коронограф с телескопом, где держатель вторичного зеркала устроен симметрично. Принципиальным недостатком схемы АИК и некоторых других схем коронографов с малыми значениями наименьшего рабочего угла является фоновая засветка (т.е. низкий коронографический контраст, около 10⁴), обусловленная неполным гашением света звезды из-за ее конечного физического размера. Также АИК механически нестабилен.An important step in the development of stellar coronography was the achromatic interference coronograph (AIC), proposed in 1996 (Gay J., Rabbia YCR Acad. Sci. Paris. Serie II b. 1996. T. 332. P. 265-271). The main advantage of the agro-industrial complex is achromatism in a wide range of wavelengths. AIK has the best spatial resolution (smallest working angle), and also eliminates symmetric (even) statistical aberrations, which allows the use of a coronograph with a telescope, where the holder of the secondary mirror is arranged symmetrically. The fundamental drawback of the AIK scheme and some other coronograph schemes with small values of the smallest working angle is the background illumination (i.e., low coronographic contrast, about 10 ⁴ ), due to incomplete damping of star light due to its finite physical size. Also, the AIC is mechanically unstable.

Чтобы исправить описанные выше недостатки, были предложены несколько методов улучшения первоначальной схемы АПК. В 2005 году был разработан ахроматический интерференционный коронограф по оптической схеме общего пути (Тавров А.В. «Физические основы ахроматической ноль интерферометрии для звездной коронографии», ЖЭТФ, 2008, том 134, выпуск 6(12), с. 1103-1114.), что позволило добиться механической стабильности. В 2009 году было предложено объединить два АИК общего пути в тандем двух последовательных интерферометров (патент на полезную модель № 90578, кл. G02B 1/00, опубл. 25.06.2009). Такое устройство устраняет основной недостаток АИК и повышает коронографический контраст до 10¹⁰. Но устройство также имеет существенный недостаток - низкое пропускание полезного света, которое составляет 1/16 света от наблюдаемого слабоконтрастного источника (для линейно поляризованного света на входе).To correct the above disadvantages, several methods have been proposed to improve the initial AIC scheme. In 2005, an achromatic interference coronograph was developed according to the optical scheme of the general path (Tavrov A.V. “Physical Foundations of Achromatic Zero Interferometry for Star Coronography”, ZhETP, 2008, Volume 134, Issue 6 (12), pp. 1103-1114.) , which made it possible to achieve mechanical stability. In 2009, it was proposed to combine the two AICs of a common path into a tandem of two consecutive interferometers (utility model patent No. 90578, class G02B 1/00, publ. June 25, 2009). Such a device eliminates the main disadvantage of the AIK and increases the coronographic contrast to 10 ¹⁰ . But the device also has a significant drawback - low transmittance of useful light, which is 1/16 of the light from the observed low-contrast source (for linearly polarized light at the input).

ПрототипPrototype

Наиболее близким по технической сущности прототипом является ахроматический интерференционный коронограф, выполненный на основе схемы неплоского кольцевого интерферометра Саньяка, как показано на рисунке 1, и описанный в статье Таврова А.В. «Физические основы ахроматической ноль интерферометрии для звездной коронографии».The prototype closest in technical essence is an achromatic interference coronograph, made on the basis of the non-planar Sagnac ring interferometer scheme, as shown in Figure 1, and described in the article by A. Tavrov. "Physical Foundations of Achromatic Zero Interferometry for Stellar Coronography."

Оптическая схема содержит два диэлектрических светоделителя. Светоделитель СД1 является поляризационным и размещен на входе, он разделяет входной и выходной световые потоки, а также задает поляризацию входного потока. Светоделитель СД1 ориентирован таким образом, что вектор нормали к его светоделительной поверхности имеет координаты [1,1, -√2]. Светоделитель СД2 выполнен неполяризационным и размещен в вершине куба пространственной схемы интерферометра, в точке с координатами [0, 0, 0], он разделяет световые потоки в основной кольцевой части коронографа по направлению. Светоделитель СД2 ориентирован таким образом, что вектор нормали к его светоделительной поверхности имеет координаты [0, 1, -1]. При этом светоделители СД1 и СД2 взаимно повернуты на 45° вокруг оси Oz (направления хода светового луча).The optical circuit contains two dielectric beam splitter. The beam splitter SD1 is polarized and placed at the input, it separates the input and output light fluxes, and also sets the polarization of the input flux. The beam splitter SD1 is oriented in such a way that the normal vector to its beam splitting surface has the coordinates [1,1, -√2]. The beam splitter СД2 is non-polarizing and placed at the top of the cube of the spatial scheme of the interferometer, at the point with coordinates [0, 0, 0], it divides the light fluxes in the main annular part of the coronograph in the direction. The beam splitter SD2 is oriented in such a way that the normal vector to its beam splitting surface has the coordinates [0, 1, -1]. In this case, the beam splitters СД1 and СД2 are mutually rotated by 45 ° around the axis Oz (the direction of the light beam).

Оптическая схема содержит шесть плоских зеркал, причем четыре из них (зеркала ЗРК1, ЗРК4, ЗРК5, ЗРК6) размещены в вершинах куба пространственной схемы интерферометра, а два зеркала (зеркала ЗРК2 и ЗРК3) - в серединах противоположных ребер одной из граней этого куба. Зеркало ЗРК1 размещено в точке с координатами [0, 0, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [0, 1, -1]. Зеркало ЗРК2 размещено в точке с координатами [0, 0.5, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1,-1,0]. Зеркало ЗРК3 размещено в точке с координатами [1, 0.5, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1, -1, 0]. Зеркало ЗРК4 размещено в точке с координатами [1, 1, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [0, 1, 1]. Зеркало ЗРК5 размещено в точке с координатами [1, 1, 0], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1, 0, -1]. Зеркало ЗРК6 размещено в точке с координатами [0, 1, 0], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1, -1, 0].The optical scheme contains six flat mirrors, four of which (mirrors ЗРК1, ЗРК4, ЗРК5, ЗРК6) are located at the vertices of the cube of the spatial scheme of the interferometer, and two mirrors (mirrors ЗРК2 and ЗРК3) are located in the middle of the opposite edges of one of the faces of this cube. Mirror ЗРК1 is placed at a point with coordinates [0, 0, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [0, 1, -1]. Mirror ЗРК2 is placed at a point with coordinates [0, 0.5, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1, -1.0]. Mirror ZRK3 placed at a point with coordinates [1, 0.5, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1, -1, 0]. Mirror ЗРК4 is placed at a point with coordinates [1, 1, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [0, 1, 1]. Mirror ЗРК5 is placed at a point with coordinates [1, 1, 0], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1, 0, -1]. Mirror ЗРК6 is placed at a point with coordinates [0, 1, 0], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1, -1, 0].

Цель изобретенияThe purpose of the invention

Целью создания данной полезной модели является устранение указанного недостатка прототипа - повышение коронографического контраста для наблюдения слабоконтрастных объектов в окрестности звезд с видимым угловым размером 10² номинального разрешения телескопа.The purpose of creating this utility model is to eliminate this drawback of the prototype — increasing the coronographic contrast for observing low-contrast objects in the vicinity of stars with a visible angular size of 10 ^{2 of the} nominal resolution of the telescope.

Описание предлагаемой схемы в статикеDescription of the proposed scheme in statics

Оптическая схема ахроматического интерференционного коронографа представляет собой неплоский кольцевой (общего пути) интерферометр вращательного сдвига, как показано на рисунке 2.The optical scheme of an achromatic interference coronograph is a non-planar ring (common path) rotational shear interferometer, as shown in Figure 2.

Оптическая схема содержит два диэлектрических поляризационных светоделителя. Светоделитель СД1 размещен на входе и разделяет входной и выходной световые потоки, а также задает поляризацию входного потока. Светоделитель СД1 ориентирован таким образом, что вектор нормали к его светоделительной поверхности имеет координаты [1, 1, -√2]. Светоделитель СД2 размещен в вершине куба пространственной схемы интерферометра в точке с координатами [0, 0, 0] и разделяет световые потоки в основной кольцевой части коронографа по двум направлениям. Светоделитель СД2 ориентирован таким образом, что вектор нормали к его светоделительной поверхности имеет координаты [0, 1, -1]. При этом светоделители СД1 и СД2 взаимно повернуты на 45° вокруг оси Oz (направления хода светового луча). За светоделителем СД2 между светоделителем СД2 и зеркалом ЗРК1 размещена полуволновая фазозадерживающая пластина. Альтернативно эта фазозадерживающая пластина может размещаться между светоделителем СД2 и зеркалом ЗРК6.The optical circuit contains two dielectric polarization beam splitter. The beam splitter SD1 is located at the input and separates the input and output light fluxes, and also sets the polarization of the input flux. The beam splitter SD1 is oriented in such a way that the normal vector to its beam splitting surface has the coordinates [1, 1, -√2]. The beam splitter СД2 is located at the top of the cube of the spatial scheme of the interferometer at the point with coordinates [0, 0, 0] and divides the light fluxes in the main annular part of the coronograph in two directions. The beam splitter SD2 is oriented in such a way that the normal vector to its beam splitting surface has the coordinates [0, 1, -1]. In this case, the beam splitters СД1 and СД2 are mutually rotated by 45 ° around the axis Oz (the direction of the light beam). Behind the beam splitter СД2 between the beam splitter СД2 and mirror ЗРК1 there is a half-wave phase-holding plate. Alternatively, this phase-holding plate may be placed between the beam splitter SD2 and the mirror SAM.

Оптическая схема содержит шесть плоских зеркал, размещенных в вершинах куба (зеркала ЗРК1 и ЗРК6) и на ребрах куба (зеркала ЗРК2, ЗРК3, ЗРК4, ЗРК5) пространственной схемы интерферометра. Зеркало ЗРК1 размещено в точке с координатами [0, 0, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [0, 1, -1]. Зеркало ЗРК2 размещено в середине ребра куба в точке с координатами [0, 0.5, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1, -1, 0]. Зеркало ЗРК3 размещено в середине ребра куба в точке с координатами [1, 0.5, 1], ориентировано так, что вектор нормали к его отражательной поверхности имеет координаты [1+√2, -1, 0]. Таким образом, вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК3 составляет угол 22.5° с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК2 и ЗРК3, и такой же угол с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК3 и ЗРК4. Зеркало ЗРК4 размещено в середине ребра куба в точке с координатами [0.5, 1, 1]. Его ориентация определяется удалением L зеркала ЗРК5 от вершины куба The optical scheme contains six flat mirrors located at the vertices of the cube (mirrors ЗРК1 and ЗРК6) and on the edges of the cube (mirrors ЗРК2, ЗРК3, ЗРК4, ЗРК5) of the spatial scheme of the interferometer. Mirror ЗРК1 is placed at a point with coordinates [0, 0, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [0, 1, -1]. Mirror ЗРК2 is located in the middle of the cube edge at the point with coordinates [0, 0.5, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1, -1, 0]. The ZRK3 mirror is located in the middle of the cube edge at the point with coordinates [1, 0.5, 1], oriented so that the normal vector to its reflective surface has coordinates [1 + √2, -1, 0]. Thus, the normal vector to the reflective surface of the ЗРК3 mirror makes an angle of 22.5 ° with a straight line connecting the ЗРК2 and ЗРК3 mirrors, and the same angle with a straight line connecting the ЗРК3 and ЗРК4 mirrors. Mirror ЗРК4 is located in the middle of the cube edge at the point with coordinates [0.5, 1, 1]. Its orientation is determined by the distance L of the ZRK5 mirror from the top of the cube

пространственной схемы интерферометра. Вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК4 имеет координаты:spatial scheme of the interferometer. The normal vector to the reflective surface of the mirror ЗРК4 has the coordinates:

Таким образом, вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК4 составляет угол 7.169⋅L² - 20.54⋅L + 35.87° с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК3 и ЗРК4, и такой же угол с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК4 и ЗРК5.Thus, the normal vector to the reflective surface of the ЗРК4 mirror makes an angle of 7.169⋅L ² - 20.54⋅L + 35.87 ° with a straight line connecting the ЗРК3 and ЗРК4 mirrors, and the same angle with the straight line connecting the ЗРК4 and ЗРК5 mirrors.

Зеркало ЗРК5 размещается на ребре куба в точке с координатами [1,1-L,0], где L - удаление зеркала ЗРК5 от вершины куба в долях длины ребра куба (L=0…1). Ориентация зеркала ЗРК5 определяется его удалением L от вершины куба пространственной схемы интерферометра. Вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК5 имеет координаты:Mirror ЗРК5 is located on the edge of the cube at the point with coordinates [1,1-L, 0], where L is the distance of the mirror ЗРК5 from the top of the cube in fractions of the length of the edge of the cube (L = 0 ... 1). The orientation of the ZRK5 mirror is determined by its distance L from the top of the cube of the spatial scheme of the interferometer. The normal vector to the reflective surface of the mirror ЗРК5 has the coordinates:

Таким образом, вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК5 составляет угол 8.029⋅L³ - 17.13⋅L² - 8.705⋅10^-2⋅L + 31.73° с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК4 и ЗРК5, и такой же угол с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК5 и ЗРК6. Зеркало ЗРК6 размещается в вершине куба в точке с координатами [0, 1, 0]. Его ориентация определяется удалением L зеркала ЗРК5 от вершины куба пространственной схемы интерферометра. Вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК6 имеет координаты:Thus, the normal vector to the reflective surface of the ЗРК5 mirror makes an angle of 8.029⋅L ³ - 17.13⋅L ² - 8.705⋅10 ^-2 ⋅L + 31.73 ° with a straight line connecting the mirrors ЗРК4 and ЗРК5, and the same angle with a straight line, connecting mirrors ЗРК5 and ЗРК6. Mirror ЗРК6 is located at the top of the cube at the point with coordinates [0, 1, 0]. Its orientation is determined by the distance L of the ZRK5 mirror from the top of the cube of the spatial scheme of the interferometer. The normal vector to the reflective surface of the mirror ЗРК6 has the coordinates:

Таким образом, вектор нормали к отражательной поверхности зеркала ЗРК6 составляет угол 8.22⋅L² - 30.89⋅L + 45.14° с прямой линией, соединяющей зеркала ЗРК5 и ЗРК6, и такой же угол с прямой линией, соединяющей зеркало ЗРК6 и светоделитель СД2.Thus, the normal vector to the reflective surface of the ЗРК6 mirror makes an angle of 8.22 --L ² - 30.89⋅L + 45.14 ° with a straight line connecting the ЗРК5 and ЗРК6 mirrors, and the same angle with a straight line connecting the ЗРК6 mirror and the beam splitter СД2.

Описание предлагаемой схемы в динамике Description of the proposed scheme in dynamics

Свет от яркого источника (звезды) и находящихся в его окрестности слабоконтрастных источников (планеты, областей протопланетного диска) собирается телескопом, коллимируется и направляется на вход коронографа - светоделитель СД1. Проходя через светоделитель СД1, входной световой поток поляризуется линейно, причем вектор поляризации излучения, проходящего через светоделитель СД1 на светоделитель СД2, имеет координаты [1, 1, 0]. На светоделителе СД2 световой поток разделяется на два равных по интенсивности потока, имеющих ортогональные друг другу поляризации. Один из потоков не меняет своего направления и проходит на зеркало ЗРК1. Второй поток отклоняется на 90° и проходит на зеркало ЗРК6. Вектор поляризации излучения, проходящего через светоделитель СД2 без изменения направления (от светоделителя СД1 на зеркало ЗРК1 и наоборот), имеет координаты [0, 1, 0], вектор поляризации излучения, проходящего через светоделитель СД2 с изменением направления на 90° (от светоделителя СД1 на зеркало ЗРК6 и наоборот), имеет координаты [1, 0, 0]. Два световых потока распространяются в основной кольцевой части коронографа в противоположных направлениях, последовательно отражаясь от шести зеркал, и снова совмещаются на светоделителе СД2. Зеркала ЗРК1 и ЗРК2 отклоняют световой луч на 90°. Зеркало ЗРК3 отклоняет световой луч на 135°. Зеркало ЗРК4 отклоняет световой луч на угол, равный 14.34⋅L² + 41.09⋅L + 108.3°. Зеркало ЗРК5 отклоняет световой луч на угол, равный -16.06⋅L⁵ + 34.26⋅L² + 0.1741⋅L + 116.5°. Зеркало ЗРК6 отклоняет световой луч на угол, равный -16.44⋅L² + 61.79⋅L + 89.72°.Light from a bright source (star) and low contrast sources (planets, protoplanetary disk regions) located in its vicinity is collected by a telescope, collimated and sent to the input of the coronograph - beam splitter SD1. Passing through the beam splitter СД1, the input light flux is polarized linearly, and the polarization vector of the radiation passing through the beam splitter СД1 to the beam splitter СД2 has coordinates [1, 1, 0]. At the beam splitter СД2, the light flux is divided into two flux equal in intensity, having polarizations orthogonal to each other. One of the flows does not change its direction and passes to the mirror of SAM 1. The second stream deviates by 90 ° and passes to the mirror SAM-6. The polarization vector of the radiation passing through the beam splitter СД2 without changing the direction (from the beam splitter СД1 to the mirror ЗРК1 and vice versa) has coordinates [0, 1, 0], the polarization vector of the radiation passing through the beam splitter СД2 with a change of direction by 90 ° (from the beam splitter СД1 on the mirror of the SAM system and vice versa), has the coordinates [1, 0, 0]. Two light fluxes propagate in the main annular part of the coronograph in opposite directions, sequentially reflected from six mirrors, and are combined again on the beam splitter SD2. Mirrors ЗРК1 and ЗРК2 deflect a light beam by 90 °. Mirror ЗРК3 deflects the light beam by 135 °. Mirror ЗРК4 deflects the light beam by an angle equal to 14.34⋅L ² + 41.09⋅L + 108.3 °. Mirror ЗРК5 deflects the light beam by an angle equal to -16.06⋅L ⁵ + 34.26⋅L ² + 0.1741⋅L + 116.5 °. Mirror ЗРК6 deflects the light beam by an angle equal to -16.44⋅L ² + 61.79⋅L + 89.72 °.

Величина L - удаление зеркала ЗРК5 от вершины куба в долях длины ребра куба, значения L могут изменяться в пределах от 0 до 1. При этом угол отклонения светового луча зеркалом ЗРК4 может составлять 108.4°… 135°, угол отклонения светового луча зеркалом ЗРК5 может составлять 116.6°…135°, угол отклонения светового луча зеркалом ЗРК6 может The value of L is the distance of the mirror ЗРК5 from the top of the cube in fractions of the length of the edge of the cube, the values of L can vary from 0 to 1. Moreover, the angle of deviation of the light beam by the mirror ЗРК4 can be 108.4 ° ... 135 °, the angle of deviation of the light beam by the mirror ЗРК5 can be 116.6 ° ... 135 °, the angle of deviation of the light beam by the mirror ZRK6 can

составлять 90°… 135°, угол вращения оптического изображения может составлять 0°…57.4°. Возможные варианты конкретных значений приведены в таблице 1.be 90 ° ... 135 °, the rotation angle of the optical image can be 0 ° ... 57.4 °. Possible options for specific values are given in table 1.

При последовательном прохождении светоделителя СД2, шести зеркал и вновь светоделителя СД2, оптические изображения двух световых потоков взаимно поворачиваются на угол α, равный -27.88⋅L⁴ + 59.94⋅L³ - 3.09⋅L² - 86.53⋅L + 57.49°, где L - удаление зеркала ЗРК5 от вершины куба в долях длины ребра куба. При этом векторы поляризации двух световых потоков поворачиваются на угол 90° в противоположных направлениях, а сами световые потоки смещаются по фазе относительно друг друга на π. На светоделителе СД1 световые потоки одинаково поляризуются и отклоняются в сторону выхода. Вектор поляризации излучения, проходящего через светоделитель СД1 на выход, имеет координаты [1, -1, 0].When sequentially passing through the beam splitter СД2, six mirrors and again the beam splitter СД2, the optical images of two light fluxes mutually rotate through an angle α equal to -27.88 59L ⁴ + 59.94⋅L ³ - 3.09⋅L ² - 86.53⋅L + 57.49 °, where L - removal of the mirror ZRK5 from the top of the cube in fractions of the length of the edge of the cube. In this case, the polarization vectors of two light fluxes are rotated through an angle of 90 ° in opposite directions, and the light fluxes themselves are phase-shifted relative to each other by π. At the beam splitter СД1, the light fluxes are equally polarized and deviate towards the exit. The polarization vector of the radiation passing through the beam splitter SD1 to the output has the coordinates [1, -1, 0].

В результате сложения двух потоков свет от яркого источника (звезды), находящихся в противофазе, значительно ослабляется (взаимно погашается) в результате интерференции, а свет от слабоконтрастного источника (планеты) ослабляется незначительно, так как две образовавшиеся копии этого источника в результате взаимного поворота на угол α оказываются пространственно разделены и не интерферируют. На выходе оптической схемы регистрируется затемненное изображение исследуемого яркого источника (звезды) в виде фоновой засветки и незатемненное изображение двух копий слабоконтрастного объекта (планеты). За счет этого достигается контраст между этими изображениями. При этом пропускание полезного As a result of the addition of two streams, the light from a bright source (star) in antiphase is significantly weakened (mutually canceled) as a result of interference, and the light from a low-contrast source (planet) is attenuated slightly, since the two resulting copies of this source as a result of mutual rotation by angle α are spatially separated and do not interfere. At the output of the optical scheme, a darkened image of the studied bright source (star) in the form of background illumination and an unshaded image of two copies of a low-contrast object (planet) are recorded. Due to this, the contrast between these images is achieved. At the same time, the transmission of useful

света составляет 1/4 света от наблюдаемого слабоконтрастного источника (для линейно поляризованного света на входе).light is 1/4 of the light from the observed low-contrast source (for linearly polarized light at the input).

Положительный эффектPositive effect

Описанная полезная модель устраняет основной недостаток прототипа и повышает достигаемый коронографический контраст до 10⁹ для наблюдения слабоконтрастных объектов в окрестности звезд с видимым угловым размером порядка 10^-2 номинального разрешения телескопа. По сравнению с аналогом (объединение двух интерферометров в тандем, патент на полезную модель № 90578), схема содержит вдвое меньше оптических элементов и имеет более высокое пропускание полезного света.The described utility model eliminates the main disadvantage of the prototype and increases the achievable coronographic contrast to 10 ⁹ for observing low-contrast objects in the vicinity of stars with a visible angular size of about 10 ^{-2 of the} nominal resolution of the telescope. Compared with the analogue (combining two interferometers in tandem, utility model patent No. 90578), the circuit contains half as many optical elements and has a higher transmittance of useful light.

ПрименимостьApplicability

Настоящая полезная модель предназначена для прямого наблюдения слабоконстрастных источников вблизи ярких: для обнаружения и наблюдения внесолнечных планет (экзопланет) около ближайших звезд, для наблюдения околозвездных пылевых и протопланетных дисков. Так как схема является ахроматическим коронографом с широким спектральным диапазоном, то позволяет сократить время наблюдения тусклых источников света, а также упростить возможный спектральный анализ наблюдаемых объектов. Использование в схеме двух поляризационных светоделителей предоставляет возможности для выполнения поляризационного анализа при достаточной степени поляризации исследуемого излучения. Возможно применение настоящей полезной модели для погашения ярких «слепящих» точечных источников света.This useful model is intended for direct observation of weak contrast sources near bright ones: for detecting and observing extrasolar planets (exoplanets) near nearby stars, for observing circumstellar dust and protoplanetary disks. Since the scheme is an achromatic coronograph with a wide spectral range, it allows one to reduce the time of observation of dim light sources, as well as to simplify a possible spectral analysis of the observed objects. The use of two polarization beam splitters in the circuit provides opportunities for performing polarization analysis with a sufficient degree of polarization of the investigated radiation. It is possible to use a real utility model for dimming bright “blinding” point sources of light.

Данная полезная модель найдет свое применение в составе блока научной аппаратуры в планируемых российских проектах космических телескопов «Планетный мониторинг» и «Звездный патруль», а также в проектах по поиску экзопланет на наземных телескопах - отечественных и зарубежных, например, в обсерватории Ниццы.This utility model will find its application in the scientific equipment block in the planned Russian projects of the Planet Monitoring and Star Patrol space telescopes, as well as in projects for the search for exoplanets using ground-based telescopes - domestic and foreign, for example, in the Nice Observatory.

Claims

An achromatic interference coronograph, the optical scheme of which contains two beam splitters and six flat mirrors, the first beam splitter being polarized and placed at the input, and the second beam splitter and six mirrors constitute a modified scheme of the non-planar Sagnac ring interferometer,

characterized in that

both beam splitters are polarized, a half-wave phase-retaining plate is introduced along the light beam between the second beam splitter and the first mirror, the fourth mirror is placed in the middle of the cube edge of the spatial scheme of the interferometer, the fifth mirror is placed on the cube edge and removed from the top of the cube by a distance L (in units of fractions of length edges of a cube), the third mirror is oriented in such a way that the normal vector to its reflective surface lies in the plane formed by the first, second, third and fourth mirrors mi, and makes an angle of 22.5 ° with a straight line connecting the second and third mirrors, and the same angle with a straight line connecting the third and fourth mirrors, the fourth mirror is oriented in such a way that the normal vector to its reflective surface lies in the plane formed by the third the fourth and fifth mirrors, and makes an angle of 7.169⋅L ² - 20.54⋅L + 35.87 ° with a straight line connecting the third and fourth mirrors, and the same angle with a straight line connecting the fourth and fifth mirrors, the fifth mirror is oriented in this way that the vector is normal and to its reflective surface lies in the plane formed by the fourth, fifth and sixth mirrors, and makes an angle of 8.029⋅L ³ - 17.13⋅L ² - 8.705⋅10 ^-2 ⋅L + 31.73 ° with a straight line connecting the fourth and fifth mirrors, and the same angle with a straight line connecting the fifth and sixth mirrors, the sixth mirror is oriented in such a way that the normal vector to its reflective surface lies in the plane formed by the second beam splitter, the fifth and sixth mirrors, and makes an angle of 8.22⋅L ² - 30.89⋅ L + 45.14 ° with a straight line connecting the fifth and sixth mirrors, and that the same angle with a straight line connecting the sixth mirror and the second beam splitter.