CN110189847B - 基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 - Google Patents
基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110189847B CN110189847B CN201910388467.0A CN201910388467A CN110189847B CN 110189847 B CN110189847 B CN 110189847B CN 201910388467 A CN201910388467 A CN 201910388467A CN 110189847 B CN110189847 B CN 110189847B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ray
- signal
- lobster eye
- optical device
- sdd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统。X射线信号源发射出的X射线信号经过准直光学系统后变成发散角很小的准平行X射线光束，在真空信道中传播一段距离后再由龙虾眼型聚焦光学系统将X射线光子聚焦到SDD探测器上，经过信号处理系统解调解码等过程还原出通信信号。本发明能够减小信号X射线发射源的发散角度以及增大信号接收端的探测效率，进而大幅度地提高空间X射线的通信距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于龙虾眼光学器件的空间X射线通信系统，属于空间X射线通信领域。
背景技术
美国Henke团队通过对X射线多年的研究发现，当X射线光子能量大于10keV且大气压强低于10-1Pa时，X射线的透过率约为100％，这一研究成果意味着在太空环境(高真空)中X射线的传输几乎无衰减。同时，X射线频率远高于微波和激光的频率，其波长短、粒子特征明显、方向性和穿透性好，受空间环境电磁干扰小。因此，利用X射线作为载波实现深空远距离通信对未来空间通信技术的发展具有重要意义。
与无线光通信系统类似，X射线通信天线系统同样包括“发射天线”和“接收天线”，其主要作用是对X射线光束进行准直、扩束和汇聚、接收，相当于一个X射线望远镜系统。目前，国内外对X射线通信的研究都面临着通信距离短，无法达到工程化应用的共同难题。这是因为X射线源发散角大，虽然在太空中无衰减传输，但是随着传输距离的增加，单位面积上所能收集到的X射线光子数就急速减少，信号几何衰减严重，通信距离严重受到限制。因此需要采取有效手段对X射线进行聚焦和准直，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，该系统利用龙虾眼X射线光学器件同时具备X射线聚焦和准直的特性，能够缩小X射线信号源的发散角度，提高X射线探测器的探测效率，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于龙虾眼光学器件的空间X射线通信系统，其特征在于，包括X射线信号源、X射线准直光学系统，X射线聚焦光学系统、SDD X射线探测器以及信号处理系统；
所述X射线信号源，用于发出X射线信号；
所述X射线准直光学系统，用于对X射线信号进行准直；
所述X射线聚焦光学系统，用于对X射线信号进行聚焦；
所述SDD X射线探测器，用于探测收集后的X射线信号；
所述信号处理系统与SDD X射线探测器连接，用以将SDD X射线探测器收集到探测信号，通过解调解码，实现信号的传输。
优选的方案中，所述X射线信号源的X射线波段为10keV～100keV，X射线焦斑直径为10μm～60μm。
优选的方案中，所述X射线准直光学系统包括一反向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凹面朝向X射线信号源，缩小X射线信号的发散角度，实现对X射线信号的准直；X射线源发出X射线信号经过在所述反向使用的龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，实现对X射线信号的准直。
优选的方案中，所述X射线聚焦光学系统还包括一个正向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凸面朝向经过准直后X射线信号，实现对平行X射线信号聚焦，入射的平行X射线会在所述龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，在焦距为曲率半径的一半位置处聚焦形成清晰的十字像。
优选的方案中，所述X射线准直光学系统的两个龙虾眼光学器件相同，外型为球面蜂窝结构，曲率半径为1000mm～10000mm；厚度为0.2mm～10mm；其内部包括若干根相同的单通道，所述单通道的截面为正方形，所述每个单通道均匀分布，垂直于龙虾眼光学器件表面方向且通道排布指向球心。
优选的方案中，所述龙虾眼光学器件中包括100万～1000万根单通道，每个单通道截面尺寸为10μm～1000μm。
优选的方案中，所述SDD X射线探测器的探测器靶面为10mm～30mm，能量分辨率为125eV。
优选的方案中，所述信号处理系统用以将SDD探测信号经前置放大器后输入到能量甄别器中，对特征X射线光子进行能量甄别，由计数器计数，计数比较器对特征光子计数进行比较，由信号解调电路解调解码实现信号的传输。
优选的方案中，所述X射线信号源放置于准直光学系统的凹面曲率半径一半位置处；所述SDD X射线探测器，放置于聚焦光学系统的凹面曲率半径一半焦距位置处。
与现有技术相比，本发明的基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，可缩小X射线信号源的发散角度，提高X射线探测器的探测效率，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统的示意图；
图2a、2b为本发明显微镜下的龙虾眼和方孔通道阵列示意图；
图3为本发明龙虾眼光学器件反向使用准直光线示意图；
图4为本发明龙虾眼光学器件正向使用聚焦光线示意图；
图中，各附图标记的含义如下：
X射线信号源1、出射X射线信号2、反向使用龙虾眼光学器件3、准平行X射线信号4、正向使用的龙虾眼光学器件5、入射X射线信号6、SDD X射线探测器7、信号处理系统8。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
针对X射线通信的研究都面临着通信距离短，无法达到工程化应用的共同难题，本发明总体上提供了一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，通过射线信号源发射出X射线信号经过准直光学系统后变成发散角很小的准平行X射线光束，在真空信道中传播一段距离后再由龙虾眼型聚焦光学系统将X射线光子聚焦到SDD探测器上，经过信号处理系统解调解码等过程还原出通信信号。该系统旨在利用龙虾眼X射线光学器件同时具备X射线聚焦和准直的特性，缩小X射线信号源的发散角度，提高X射线探测器的探测效率，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。
基于上述基本发明思路，如图1所示，本发明的具体实施例给出了一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，可以用于空间X射线通信领域。该系统主要包括X射线信号源1、反向使用龙虾眼光学器件3、正向使用的龙虾眼光学器件5以及SDD X射线探测器7、信号处理系统8。
具体的，上述X射线信号源1、反向使用龙虾眼光学器件3、正向使用的龙虾眼光学器件5、SDD X射线探测器7并按照光路顺序布置。
X射线信号源1用于发射出射X射线信号2，如图1所示。
X射线信号源1放置于准直光学系统3的凹面曲率半径一半位置处。
反向使用龙虾眼光学器件准直系统3设置于出射光路中，用于对出射X射线信号2进行准直，准直光路如图3所示。
正向使用龙虾眼光学器件聚焦系统5设置于收集光路中，用于对平行X射线信号4进行聚焦，聚焦光路如图4所示。
图1中，标号2表示出射X射线信号，标号4表示准平行X射线信号，标号6表示入射X射线信号。
SDD X射线探测器7与信号处理系统8连接，放置于聚焦光学系统5的凹面曲率半径一半焦距位置处。信号处理系统8优选地采用基于DSP或者基于windows系统的信号处理系统，通过信号放大、调制解调等处理进行信号还原与传输。
信号处理系统8与SDD X射线探测器7连接，获取X射线信号。
结合图1、2a、2b、3、4所示，X射线信号源1发射出的X射线信号2经过准直光学系统3后变成发散角很小的准平行X射线光束4，在真空信道中传播一段距离后再由龙虾眼型聚焦光学系统5将入射X射线光子6聚焦到SDD探测器7上，经过信号处理系统8解调解码等过程还原出X射线通信信号。
优选地，X射线信号源的X射线波段为10keV～100keV，X射线焦斑直径为10μm～60μm。
在本某些优选的实施例中，如图2a，核心组件龙虾眼光学器件的外型为球面蜂窝状，厚度为1mm～100mm；如图2b所示，其内部包括若干根相同的单通道，单通道的截面为正方形，单通道均匀分布且各个单通道的排布角度一致，形成阵列方式紧密排列，且单通道指向龙虾眼光学器件的平板平面的垂直方向。
进一步优选地，龙虾眼光学器件中包括500万～1000万根单通道，每个单通道的边长尺寸为10μm～1000μm。
上述的X射线探测器7为SDD X射线探测器，其良好的计数和能量分辨率对后续的信号处理系统对信号的解析起到重要作用，因此优选选取SDD探测器靶面为10mm～30mm，能量分辨率为125eV，进而能够实现对X射线信号的解调解码。
进一步的，信号处理系统8，其功能在于SDD探测信号7经前置放大器后输入到能量甄别器中，对特征X射线光子进行能量甄别，由计数器计数，计数比较器对特征光子计数进行比较，由信号解调电路解调解码实现信号的传输。
本发明提出基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，可以缩小X射线信号源的发散角度，提高X射线探测器的探测效率，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现，在空间X射线通信领域有潜在的应用前景。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (3)
1. 一种基于龙虾眼光学器件的空间X射线通信系统，其特征在于，包括X射线信号源、X射线准直光学系统，X射线聚焦光学系统、SDD X射线探测器以及信号处理系统；
所述X射线信号源，用于发出X射线信号；
所述X射线准直光学系统，用于对X射线信号进行准直；
所述X射线聚焦光学系统，用于对X射线信号进行聚焦；
所述SDD X射线探测器，用于探测收集后的X射线信号；
所述信号处理系统与SDD X射线探测器连接，用以将SDD X射线探测器收集到探测信号，通过解调解码，实现信号的传输；
所述X射线信号源放置于准直光学系统的凹面曲率半径一半位置处；所述SDD X射线探测器，放置于聚焦光学系统的凹面曲率半径一半焦距位置处；
其中，所述X射线准直光学系统包括一反向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凹面朝向X射线信号源，缩小X射线信号的发散角度，实现对X射线信号的准直；X射线源发出X射线信号经过在所述反向使用的龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，实现对X射线信号的准直；
所述X射线聚焦光学系统还包括一个正向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凸面朝向经过准直后X射线信号，实现对平行X射线信号聚焦，入射的平行X射线会在所述龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，在焦距为曲率半径的一半位置处聚焦形成清晰的十字像；
所述信号处理系统用以将SDD探测信号经前置放大器后输入到能量甄别器中，对特征X射线光子进行能量甄别，由计数器计数，计数比较器对特征光子计数进行比较，由信号解调电路解调解码实现信号的传输。
2.根据权利要求1所述的基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，其特征在于：所述X射线信号源的X射线波段为10 keV~100 keV，X射线焦斑直径为10 μm~60 μm。
3.根据权利要求1所述的基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，其特征在于：所述SDD X射线探测器的探测器靶面为10mm~30mm，能量分辨率为125 eV。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910388467.0A CN110189847B (zh) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910388467.0A CN110189847B (zh) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110189847A CN110189847A (zh) | 2019-08-30 |
| CN110189847B true CN110189847B (zh) | 2021-06-29 |
Family
ID=67714402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910388467.0A Active CN110189847B (zh) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110189847B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110824572A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-21 | 倪其棍 | 一种x射线成像设备 |
| CN111257357B (zh) * | 2020-03-31 | 2022-10-14 | 北方夜视技术股份有限公司 | 用于检测龙虾眼光学器件方孔阵列结构缺陷的装置及方法 |
| CN112260753B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-02-01 | 中国核动力研究设计院 | 一种γ射线能量调制通信系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101840066A (zh) * | 2010-04-28 | 2010-09-22 | 长春理工大学 | 采用光吸收涂层抑制杂散光产生的龙虾眼透镜 |
| CN102288627A (zh) * | 2011-07-05 | 2011-12-21 | 湖北久之洋红外系统有限公司 | 一种x射线远距离主动成像装置及其拼接式龙虾眼光学系统的制作方法 |
| CN103676150A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 长春理工大学 | 一种消除龙虾眼中心十字像点的方法 |
| CN104697527A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-10 | 上海新跃仪表厂 | 一种基于龙虾眼的大视场x射线导航敏感器 |
| CN106500965A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-03-15 | 北方夜视技术股份有限公司 | 基于ccd探测器的龙虾眼x射线光学元件聚焦性能测试装置与方法 |
| CN108494499A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-09-04 | 南京航空航天大学 | 一种空间x射线通信中信号的调制解调装置及方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5751573B2 (ja) * | 2010-10-21 | 2015-07-22 | 公立大学法人首都大学東京 | 中性子の集光および結像光学系、ならびにその製造方法 |
-
2019
- 2019-05-10 CN CN201910388467.0A patent/CN110189847B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101840066A (zh) * | 2010-04-28 | 2010-09-22 | 长春理工大学 | 采用光吸收涂层抑制杂散光产生的龙虾眼透镜 |
| CN102288627A (zh) * | 2011-07-05 | 2011-12-21 | 湖北久之洋红外系统有限公司 | 一种x射线远距离主动成像装置及其拼接式龙虾眼光学系统的制作方法 |
| CN103676150A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 长春理工大学 | 一种消除龙虾眼中心十字像点的方法 |
| CN104697527A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-10 | 上海新跃仪表厂 | 一种基于龙虾眼的大视场x射线导航敏感器 |
| CN106500965A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-03-15 | 北方夜视技术股份有限公司 | 基于ccd探测器的龙虾眼x射线光学元件聚焦性能测试装置与方法 |
| CN108494499A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-09-04 | 南京航空航天大学 | 一种空间x射线通信中信号的调制解调装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110189847A (zh) | 2019-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110189847B (zh) | 基于龙虾眼x射线光学器件的空间x射线通信系统 | |
| CN110557201B (zh) | 一种水下可见光通信移动节点的多角度接收装置 | |
| CN103411903B (zh) | 光丝阵列增强THz辐射方法 | |
| CN109639360B (zh) | 一种基于多像素光子计数器的新型阵列接收方法 | |
| CN109361505B (zh) | 用于自由空间量子信道性能的改进方法 | |
| Mulyawan et al. | A comparative study of optical concentrators for visible light communications | |
| CN105281044B (zh) | 一种毫米波高分辨率成像介质透镜天线设计方法 | |
| CN101929965B (zh) | 带电粒子检测装置及检测方法 | |
| CN102288627A (zh) | 一种x射线远距离主动成像装置及其拼接式龙虾眼光学系统的制作方法 | |
| CN105609920A (zh) | 一种水下可见光通信接收天线装置 | |
| CN103856264A (zh) | 一种极紫外射线空间远距离通信系统 | |
| Fang et al. | Compound parabolic concentrator applied as receiving antenna in scattering optical communication | |
| US20200044748A1 (en) | A Receiver Assembly Comprising a Radiation Guide | |
| CN111245517A (zh) | 一种用于激光通信的1/4波片组件 | |
| CN108833009A (zh) | 多孔径空间光通信接收机及多孔径空间光通信系统 | |
| WO2014094351A1 (zh) | 一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法 | |
| CN112379483B (zh) | 一种大视场高效率光纤耦合系统 | |
| CN210981523U (zh) | 一种太赫兹波探测光路以及成像测试光路 | |
| CN116488738A (zh) | 一种用于水下无线光通信系统的SiPM光学均衡方法 | |
| US20230134884A1 (en) | Lens for use in a detector | |
| EP3540373B1 (en) | System and method for receiving signal information for networking using a free space optical link | |
| US3176138A (en) | Optical communication system with modulated c.r.t. light source | |
| Borah et al. | Ultraviolet Pulse Position Modulation in the Presence of Scattering Losses | |
| Yan-hong et al. | Detection efficiency of non-line-of-sight ultraviolet communication system | |
| Agrawal et al. | Design of free space optical omnidirectional transceivers for indoor applications using non-imaging optical devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |