PAPYRUS: Overview of the AO On-sky performance
PAPYRUS : Aperçu des performances de l'OA sur ciel
Résumé
PAPYRUS is a pyramid-based adaptive optics system installed at Observatoire de Haute Provence (OHP), on the T152 (1m52 diameter telescope). Its main purpose is the development and the experimentation of innovating ideas gravitating around AO and imaging for astronomy. The ongoing evolution of the bench is to promote it at the rank of scientific instrument. Combining PAPYRUS with the IR fiber spectrograph VIPA (developed by IPAG) will allow for instance the observation of binary stars and brown dwarfs, with contrast ratios similar to that between a star and a planet. The installation of an IR camera and coronagraph will allow the observation of protoplanetary disks and some exoplanets (e.g. HR8799, already observed at PALOMAR reduced at 1.5 m diameter).
Before the installation of such a device it is important to well characterize the performances of the system. This preliminary work is necessary to develop the instrumental part. Thus we present in this work the nominal performance of the system as measured on-sky. Firstly, the bench is used in its simplest configuration: a visible pyramid-WFS controlling a 17x17 deformable mirror in closed loop running at 1500 Hz. The performance is estimated in terms of Strehl Ratio at visible and Infrared wavelength. In a second step, we explore the performances of the AO system optimized with an optical gains tracking method.
The measurement of the optical gains in real-time is made possible with the integration of a gain sensing camera (GSC) and a convolutional-based analytical model. The GSC is localized in a focal plane conjugated with the tip of the Pyramid to capture a snapshot of the PSF shape that can be directly linked to the effective optical gains. Compensating the optical gains allows to enhance the performance of the system. Moreover, it will be a precious help in the future to increase the contrast ratio of the high-contrast arm by using dark-hole technique and NCPA compensation.
PAPYRUS est un système d'optique adaptative pyramide installé à l'Observatoire de Haute Provence (OHP), sur le T152 (télescope de 1m52 de diamètre). Son objectif principal est le développement et l'expérimentation d'idées novatrices gravitant autour de l'OA et de l'imagerie pour l'astronomie. L'évolution permanente du banc est de le promouvoir au rang d'instrument scientifique. La combinaison de PAPYRUS avec le spectrographe IR à fibre VIPA (développé par l'IPAG) permettra par exemple l'observation d'étoiles binaires et de naines brunes, avec des rapports de contraste similaires à ceux entre une étoile et une planète. L'installation d'une caméra IR et d'un coronographe permettra d'observer les disques protoplanétaires et certaines exoplanètes (par exemple HR8799, déjà observée à PALOMAR réduite à 1,5 m de diamètre). Avant l'installation d'un tel dispositif, il est important de bien caractériser les performances du système. Ce travail préliminaire est nécessaire pour développer la partie instrumentale. Nous présentons donc dans ce travail les performances nominales du système telles qu'elles ont été mesurées sur le ciel. Tout d'abord, le banc est utilisé dans sa configuration la plus simple : une pyramide visible-WFS contrôlant un miroir déformable de 17x17 en boucle fermée fonctionnant à 1500 Hz. Les performances sont estimées en termes de rapport de Strehl dans le visible et l'infrarouge. Dans un deuxième temps, nous explorons les performances du système d'OA optimisé avec une méthode de suivi des gains optiques. La mesure des gains optiques en temps réel est rendue possible par l'intégration d'une caméra de détection de gain (GSC) et d'un modèle analytique basé sur la convolution. La GSC est localisée dans un plan focal conjugué avec la pointe de la pyramide pour capturer un instantané de la forme de la PSF qui peut être directement liée aux gains optiques effectifs. La compensation des gains optiques permet d'améliorer les performances du système. En outre, elle sera d'une aide précieuse à l'avenir pour augmenter le rapport de contraste du bras à fort contraste en utilisant la technique du trou noir et la compensation NCPA.