외계행성 특성 분석과 생체지표 탐색은 어두운 행성과 밝은 중심별 사이의 밝기 대비, 좁은 각분리, 광학 수차로 인한 관측 조건 저하 탓에 어려움을 겪는다. 연구진은 PHOTONICS 프로젝트를 통해 다중모드 간섭계(MMI) 커플러와 가동부가 없는 온칩 능동 위상 제어에 기반한 새로운 결맞음 결합 구조를 개발하고 있다. 이번 연구에서는 단일 MMI 커플러로 제작한 4빔 커널 널러(kernel-nuller)의 첫 실험실 시험 결과로 ABCD 프린지 트래킹과 대비 검출 한계 특성 분석을 제시했다. 포토닉 집적회로(PIC)는 널링 간섭계에 필요한 소형화, 설계 유연성, 확장성을 제공한다고 연구진은 설명했다.
arXiv astro-ph.IM (관측기기)
포토닉 랜턴은 입력 공간 모드를 단일 모드 출력으로 변환해 고각분해능 이미징과 널링 간섭계에 쓰이지만, 제작 한계로 설계 단계에서 모드 전달 행렬을 완전히 제어할 수 없어 실측 특성화가 필요하다. 연구진은 1550nm 부근 73nm 범위에서 디지털 오프액시스 홀로그래피로 측정한 포토닉 랜턴 주모드 데이터를 재분석해, 주모드가 같은 크기의 공간에서 무작위로 뽑은 벡터보다 훨씬 더 직교적임을 확인했으며 이는 준단열(near-adiabatic) 소자에서 예상되는 결과다. 논문은 이 효과를 정량화하는 지표를 제안하면서, 주모드가 직교인 모드 변환기가 역문제 solver의 조건수 측면에서 더 유리하다고 설명한다. 또한 이 직교성을 활용해 주모드 간 상대 위상을 결정할 수 있는 추가 측정 방식을 시뮬레이션으로 제시했다.
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널링 간섭계는 외계행성 등 어두운 동반천체를 직접 검출하는 유망한 방법이지만, 진동·열팽창 등에서 오는 불안정성 잡음이 성능을 제약한다. 연구진은 근적외선에서 330m로 세계 최장 기선을 갖춘 CHARA 간섭계에 마흐-젠더 간섭계(MZI) 기반 능동 위상 제어를 적용한 H밴드 애스트로포토닉 널링 빔결합기를 개발 중이며, 이를 위해 CHARA 전용 최초의 시뮬레이터인 CHARM(CHARA Array Response Model)을 구축했다. 논문은 CHARM의 초기 결과를 통해 이 포토닉 널러가 다양한 밝은 항성 동반천체계를 검출·특성분석할 잠재력이 있음을 제시한다. 수 센티미터 크기인 포토닉 칩은 향후 거주가능세계관측소(Habitable Worlds Observatory) 같은 우주 기반 응용에도 유망한 해법으로 언급된다.
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CNES가 주도한 컨소시엄이 개발해 뫼동 천문대(Meudon Observatory)에 설치한 널링 간섭계 실험실 실증 장비 PERSÉE의 통합·보정·특성 평가 결과가 arXiv에 공개됐다. 연구진은 사전 외란 측정으로 최적화한 선형 2차 가우시안(LQG) 제어기를 적용해 1~100Hz 대역의 다중 주파수 진동을 억제했고, 잔여 광로차(OPD)를 0.3nm RMS로, 팁-틸트 오차를 에어리 원반의 0.4%로 줄였다. 그 결과 1.65~2.45μm 분광 대역에서 수 시간에 걸쳐 8.8e-6의 소광률과 9e-7의 안정도를 기록해 당초 목표치(소광률 1e-4, 변동 1e-5)를 한 자릿수 이상 상회했다. 연구진은 이 결과를 우주 임무로 외삽하면 40cm 망원경과 100Hz 제어 루프로 9등급보다 밝은 항성에 대해 외계행성 관측이 가능하다고 밝혔다.
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