CN107907905A - 一种在轨智能x射线光学系统 - Google Patents

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王文丛
胡慧君
金东东
李文斌
孙书坤
彭勃
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    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation

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Abstract

本发明公开了一种在轨智能X射线光学系统，通过相应的波前校正技术和镜面面形快速变化，使X射线获得快速变化的路径，从而可以减少光学系统轴向尺寸，与轻量化设计技术相结合，可以使X射线光学系统更加小型化，轻量化；其次，可以对光学系统的加工误差，装调误差和热变形误差进行实时的在轨校正，提高了光学系统的分辨率和环境适应能力。

Description

一种在轨智能X射线光学系统
技术领域
本发明涉及光学分析技术领域，具体涉及一种在轨探测X射线的光学系统。
背景技术
在目前空间X射线探测，空间X射线成像探测、空间X射线通信等领域，X射线光学系统起到重要的作用，其作用是将空间中微弱的X射线光子进行聚焦成像，然后利用后续处理电路对其进行分析，就可以达到对X射线进行探测的目的。
在X射线波段，介质在X射线波长区的折射率存在着吸收，其折射率为ni＝1-δ+iβ。与可见光波段的光学常数相比，δ占据了更为重要的位置，其中δ和β都是波长的函数。δ比较小，通常在10-5～10-7之间，所以1-δ非常接近1，致使其位相变化及其缓慢，往往需要较长的路径或者快速变化的路径才能使X射线产生位相延迟。这也意味着有两种方法可以聚焦X射线，一种是用顶点曲率半径较小的薄透镜构成透镜组以获得较长的路径，另一种是用定点曲率半径较大的厚透镜获得快速变化的路径。
目前常用的软X射线聚焦的方法主要是通过较长的路径使其聚焦，掠入射型(Wolter，KB)都属于这一种方法。但是利用该方法对X射线进行聚焦，其光学系统体积和重量往往很大，不能满足未来轻量化X射线的探测的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种在轨智能X射线光学系统，可以适应在轨复杂的应用环境变化并减少相应的光学系统的体积和重量。
本发明的具体实施方案如下：
一种在轨智能X射线光学系统，所述X射线光学系统包括光学装置、分束器、波前传感器、波前校正器及探测器；
所述光学装置用于采集空间中的X射线信号并传输给分束器，同时根据波前校正器反馈的校正信息调整面形；
所述分束器将接收的X射线分别传输给波前传感器和探测器，波前传感器和探测器到分束器的距离一致；
所述波前传感器将接收到X射线的波前信息与预期值比较分析，若符合预期值则反馈给探测器，若不符合预期值则反馈给波前校正器；
所述探测器接收到波前传感器的反馈后对X射线信号进行采集；
所述波前校正器接收波前传感器的反馈并分析计算得出校正信息，反馈给光学装置。
进一步地，所述光学装置采用压电驱动的方式调整面形。
进一步地，所述光学装置由外电极、沉积激励层、激励电极、反射镜基底及X射线高反膜组成；
通过外电极和内置的激励电极对沉积激励层施加电压，使反射镜基底产生弯曲调整面形，光学装置将采集的X射线经X射线高反膜反射出去。
进一步地，所述分束器由nm级的光滑基片制作光栅而成，光栅零级和负一级的衍射具有相同的衍射效率。
有益效果：
1、本发明通过相应的波前校正技术和镜面面形快速变化，使X射线获得快速变化的路径，从而可以减少光学系统轴向尺寸，与轻量化设计技术相结合，可以使X射线光学系统更加小型化，轻量化；其次，可以对光学系统的加工误差，装调误差和热变形误差进行实时的在轨校正，提高了光学系统的分辨率和环境适应能力，也提高了X射线探测面积。因此，在轨智能X射线光学系统可以在轻小型化脉冲星X射线探测器、天基高分辨率X射线探测领域具有重要的科学和工程应用价值。
2、本发明通过光学装置的镜面面形变化进行校正，反应快速，自适应强
3、本发明采用的分束器，能够确保将X射线均分为两束，便于后续检测。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为光学装置的工作原理图；
图3为光学装置变形机理图。
其中，1-光学装置，2-分束器，3-波前传感器，4-波前校正器，5-探测器，6-外电极，7-沉积激励层，8-激励电极，9-反射镜基底，10-X射线高反膜。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种在轨智能X射线光学系统，该X射线光学系统包括光学装置1、分束器2、波前传感器3、波前校正器4及探测器5，如图1所示。
光学装置1用于采集空间中的X射线信号并传输给分束器2，同时根据波前校正器4反馈的校正信息调整面形。采用压电驱动的方式调整面形，如图3所示，光学装置1由外电极6、沉积激励层7、激励电极8、反射镜基底9及X射线高反膜10组成。通过外电极6和内置的激励电极8对沉积激励层7施加不同的电压，使反射镜基底9产生不同的弯曲调整面形，产生相应的面形变化，然后光学装置1将采集的X射线调整后经X射线高反膜10反射出去，提高光学系统的分辨率和环境适应能力。
分束器2将接收的X射线均分为两束，分别传输给波前传感器3和探测器5，波前传感器3和探测器5离分束器2的距离一致，保证光程相同。分束器2采用X射线衍射光栅制作，由nm级的光滑基片制作光栅而成，光栅零级和负一级的衍射具有相同的衍射效率。
波前传感器3将接收到X射线的波前信息与预期值比较分析，若符合预期值则反馈给探测器5，若不符合预期值则反馈给波前校正器4。
探测器5接收到波前传感器3的反馈信息后对X射线信号进行采集。
波前校正器4接收波前传感器3的反馈并分析计算，得出相应的面形校正信息，反馈到光学装置1，控制光学装置1产生相应的面形变化。
如图2所示，在波前校正器4的反馈控制下，光学装置1可以通过压电驱动材料，产生所需要的面形变化，从而补偿由于空间环境变化，加工及装调误差所带来的成像质量下降。当光学装置1的面形发生变化的时，其成像位置也发生了相应的变化。
具体工作过程如下：
光学装置1对空间中的X射线信号进行采集成像，经由分束器2均分为两路，一路被波前传感器所3接收，另一路被探测器5所接收，此时探测器5不进行采集工作。
波前传感器3对所采集到X射线的波前信息进行分析，如果此时波前符合预期值，则波前传感器3对探测器5发出采集信号，探测器5进行采集；如果分析波前信息不符合预期值，则此时波前传感器3将信息反馈给波前校正器4，波前校正器4对X射线的波前信息进行分析计算，得到对波前校正所需要的面形变化信息，然后将面形变化信息反馈到光学装置1中，控制光学装置1产生相应的面形变化，对所探测的X射线波前信息进行校正，以适应在轨的环境变化。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种在轨智能X射线光学系统，其特征在于，所述X射线光学系统包括光学装置、分束器、波前传感器、波前校正器及探测器；
所述光学装置用于采集空间中的X射线信号并传输给分束器，同时根据波前校正器反馈的校正信息调整面形；
所述分束器将接收的X射线分别传输给波前传感器和探测器，波前传感器和探测器到分束器的距离一致；
所述波前传感器将接收到X射线的波前信息与预期值比较分析，若符合预期值则反馈给探测器，若不符合预期值则反馈给波前校正器；
所述探测器接收到波前传感器的反馈后对X射线信号进行采集；
所述波前校正器接收波前传感器的反馈并分析计算得出校正信息，反馈给光学装置。
2.如权利要求1所述的在轨智能X射线光学系统，其特征在于，所述光学装置采用压电驱动的方式调整面形。
3.如权利要求2所述的在轨智能X射线光学系统，其特征在于，所述光学装置由外电极、沉积激励层、激励电极、反射镜基底及X射线高反膜组成；
通过外电极和内置的激励电极对沉积激励层施加电压，使反射镜基底产生弯曲调整面形，光学装置将采集的X射线经X射线高反膜反射出去。
4.如权利要求1所述的在轨智能X射线光学系统，其特征在于，所述分束器由nm级的光滑基片制作光栅而成，光栅零级和负一级的衍射具有相同的衍射效率。
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