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龙虾眼X射线光学器件的曲率半径统计规律

光学学报 2024年第13期 324-331页

作者：张彬张臣黎龙辉戴妍峰贾振卿凌志兴姜博文张双南中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室中国科学院大学天文与空间科学学院北方夜视技术股份有限公司北方夜视科技(南京)研究院有限公司中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室

Angel型龙虾眼微孔光学（MPO）器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理，形成曲率半径球面，确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此... 详细信息

Angel型龙虾眼微孔光学（MPO）器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理，形成曲率半径球面，确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO器件的X射线及光学性能与器件的曲率半径息息相关。本文对空间先导专项二期项目爱因斯坦探针宽视场望远镜所使用的468片MPO器件的曲率半径，分别采用X射线束流测试装置和自准直望远镜进行了测试，并分析了其统计特性。分析结果表明，在镜片热弯过程中，X射线球面曲率半径大于光学曲率半径，其差值存在两个峰值，分别为0.68%和1.52%。这表明X射线曲率半径和光学曲率半径存在不一致性；MPO器件的X射线曲率半径存在不均匀性，全片平均X射线曲率半径和镜片中心指向曲率半径相差0.50%。这表明后续需要进一步研究热成型相关工艺，提高球面的成型精度。

关键词：龙虾眼微孔光学器件 X射线光学统计学曲率半径

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EP卫星上的“风行天”

中国国家天文 2024年第4期18卷 46-51页

作者：陈勇(文/图) 中国科学院高能物理研究所

卫星载荷FXT望远镜以其独特的快速后随观测能力和卓越的成像、时变、能谱观测技术,成为EP卫星的一大亮点。爱因斯坦探针(EP)卫星最初的方案,起先只有利用龙虾眼技术的宽视场X射线望远镜(WXT),后来决定增加一台后随X射线望远镜(FXT),以便... 详细信息

卫星载荷FXT望远镜以其独特的快速后随观测能力和卓越的成像、时变、能谱观测技术,成为EP卫星的一大亮点。爱因斯坦探针(EP)卫星最初的方案,起先只有利用龙虾眼技术的宽视场X射线望远镜(WXT),后来决定增加一台后随X射线望远镜(FXT),以便对WXT发现的暂现源和爆发源进行快速后随观测,以探究暂现源的起源,扩展EP卫星的科学产出。

关键词： X射线望远镜观测技术观测能力宽视场龙虾眼 EP 卫星载荷

龙虾眼X射线光学器件有效面积模拟仿真及测试

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光学学报 2022年第9期42卷 287-294页

作者：黎龙辉顾燕张振徐昭张臣凌志兴贾振卿赵冬华金戈李玉飞姜博文吴超杨晓明宋淳周新廖亦戴郭燕李婧雯韩晓明刘建强北方夜视技术股份有限公司江苏南京211106 北方夜视科技(南京)研究院有限公司江苏南京211106 中国科学院国家天文台中国科学院空间天文与技术重点实验室北京100012 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲... 详细信息

龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲涅耳公式计算了不同膜层材料和表面粗糙度对X射线反射率的影响。利用X射线束流测试设备并采用单光子采集模式完成了有效面积X射线的性能测试。结果表明,龙虾眼型光学器件的有效面积主要由膜层材料与内壁粗糙度共同决定,同时沉积Ir膜后在能量为1 keV的情况下有效面积能从2.15 cm^(2)增大至2.47 cm^(2)。

关键词：散射龙虾眼 X射线聚焦成像有效面积

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龙虾眼型X射线成像系统设计与仿真

实验室研究与探索 2020年第10期39卷 101-105,125页

作者：王新徐捷杨宝璐穆宝忠同济大学物理科学与工程学院上海200092

龙虾眼光学系统能够在高能X射线波段实现大视场、高集光效率成像,在天文、安检等领域具有重要的应用。围绕有限远物距、高集光效率的高能X射线成像需求,开展了Schmidt型龙虾眼成像系统的设计与仿真研究。构建了Schmidt型龙虾眼光学系统... 详细信息

龙虾眼光学系统能够在高能X射线波段实现大视场、高集光效率成像,在天文、安检等领域具有重要的应用。围绕有限远物距、高集光效率的高能X射线成像需求,开展了Schmidt型龙虾眼成像系统的设计与仿真研究。构建了Schmidt型龙虾眼光学系统的设计与成像仿真模型,研究了放大倍率、焦距、光学元件厚度及间距等对系统集光效率的影响,分析了物像关系与像散的关联。在此基础上,设计了高集光效率、高分辨率的Schmidt型龙虾眼光学系统,通过实验检验了系统成像性能,为高性能X射线成像光学系统的研制提供了一种有效的方法。

关键词：龙虾眼 X射线成像集光效率视场

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龙虾眼X射线脉冲星导航探测器研制

龙虾眼X射线脉冲星导航探测器研制

作者：李文彬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

脉冲星自主导航具有极其重要的工程应用价值和军事战略意义,一直是世界各航天大国追求航天技术发展的目标。X射线脉冲星导航的核心设备是脉冲星导航探测器,脉冲星导航探测器接收脉冲星发射的X射线光子信号,记录X射线光子能量信息和时间... 详细信息

脉冲星自主导航具有极其重要的工程应用价值和军事战略意义,一直是世界各航天大国追求航天技术发展的目标。X射线脉冲星导航的核心设备是脉冲星导航探测器,脉冲星导航探测器接收脉冲星发射的X射线光子信号,记录X射线光子能量信息和时间信息,恢复脉冲星轮廓,测量脉冲到达时间(TOA),经过相应算法处理后,获得航天器轨道、时间、姿态等导航参数。X射线脉冲星能够为近地轨道、深空探测和星际飞行航天器提供位置、速度、时间和姿态等丰富的导航信息,从而实现航天器全程高精度的自主导航,应用前景非常广阔。本文首先分析了脉冲星导航的重要意义以及国内外脉冲星导航探测器的研究现状,指出了脉冲星导航探测器在光学器件上由准直型向聚焦型发展的趋势,在核心光电转换器件上由气体敏感器、MCP敏感器向更先进的硅敏感器发展的趋势。本文研究的龙虾眼X射线脉冲星导航探测器是一种轻小型化,适用于空间探测的聚焦型X射线探测器。其次研究了龙虾眼X射线脉冲星导航探测器的探测原理。龙虾眼聚焦镜头采用全反射原理进行聚焦,掠入射角和光子能量、反射面材料、反射面粗糙度有关;SDD敏感器采用全耗尽的本征硅材料实现光电转换。龙虾眼X射线脉冲星导航探测器由龙虾眼聚焦镜头、SDD敏感器、前端读出电子学板和探测器结构组成。龙虾眼聚焦镜头的主要作用是通过反射将视场内的X射线光子聚集在后端小面积的敏感器上,后端敏感器主要作用是进行光电转换,将光信号转换成电信号。本文详细计算了龙虾眼聚焦镜头聚焦效率,并进行了光学仿真;分析了SDD敏感器的选型及前端读出电子学板电路设计;讲述了高稳定性整机结构设计并进行了力学仿真。最后对龙虾眼X射线脉冲星导航探测器聚焦性能、能谱范围、时间特性、有效面积进行了测试和标定,通过测试和标定,说明龙虾眼X射线脉冲星导航探测器探测能谱范围、能量分辨、时间分辨、探测效率和设计指标吻合,可以满足脉冲星X射线探测需求。

关键词：脉冲星导航龙虾眼掠入射 SDD敏感器帕尔贴制冷

Schmidt和Angel结构的龙虾眼X射线成像系统性能对比研究

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科学技术与工程 2016年第5期16卷 116-121,131页

作者：刘晶晶韦飞中国科学院国家空间科学中心中国科学院大学北京100190

Schmidt型和Angel型的X射线成像系统通过仿生龙虾眼睛微通道结构实现全反射聚焦成像,相比传统的X射线成像方式,具有大视场、高空间分辨率和能量获取能力。研究两个龙虾眼基础结构模型,根据X射线掠入射反射理论,分析对比了Angel和Schmid... 详细信息

Schmidt型和Angel型的X射线成像系统通过仿生龙虾眼睛微通道结构实现全反射聚焦成像,相比传统的X射线成像方式,具有大视场、高空间分辨率和能量获取能力。研究两个龙虾眼基础结构模型,根据X射线掠入射反射理论,分析对比了Angel和Schmidt结构光线入射焦面时的分布和空间分辨率,并用tracepro软件建立模型仿真验证了两种结构龙虾眼在聚焦和成像时的接收光/发射光、最大值/十字臂、最大值/本底、十字臂/本底多个性能参数。理论分析和仿真结果表明,当龙虾眼透镜焦距较长和通道长宽比大约为50时,由于多次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数高,空间分辨率低;当龙虾眼透镜焦距较短和通道长宽比大约为10时,由于单次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数低,空间分辨率几乎一样。

关键词：龙虾眼 X射线成像 Schmidt Angel 信噪比空间分辨率

选区激光熔化成形仿生龙虾眼结构及其光学聚焦性能研究

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选区激光熔化成形仿生龙虾眼结构及其光学聚焦性能研究

作者：袁鲁豪南京航空航天大学

学位级别：硕士

仿生龙虾眼结构是一种具有的小尺寸、多交点以及含倾角的微通道阵列结构,在高能射线探测、高能射线背散射收集以及光波段聚焦等领域有广泛的应用价值,但传统加工技术成形难度大。本文采用选区激光熔化（SLM）技术成形仿生龙虾眼结构,系... 详细信息

仿生龙虾眼结构是一种具有的小尺寸、多交点以及含倾角的微通道阵列结构,在高能射线探测、高能射线背散射收集以及光波段聚焦等领域有广泛的应用价值,但传统加工技术成形难度大。本文采用选区激光熔化（SLM）技术成形仿生龙虾眼结构,系统研究了薄壁结构、薄壁相交结构及整体构件的SLM成形工艺调控,并初步验证了整体构件光学聚焦性能。研究了激光功率和扫描速度对SLM成形薄壁结构致密化行为的影响规律。发现了高的激光能量输入减少了由于部分熔化和气体残留产生的孔隙,从而获得了致密度到达99.98%的薄壁结构;但过高的激光能量输入会破坏熔道的连续性,在薄壁结构表面形成“球化”现象,从而降低薄壁结构的表面质量。研究了薄壁相交结构不同区域对组织和性能的影响规律。发现了薄壁相交区域的冷却速度高于薄壁区域,造成了薄壁相交区域的孔隙率高于薄壁区域;而薄壁相交区域的熔池尺寸和亚结构的平均宽度（85.208μm,240 nm±16 nm）均小于薄壁区域（59.375μm,270 nm±19 nm）,导致了薄壁相交区域的高平均纳米硬度（2.277 GPa±0.044 GPa）。研究了激光功率和扫描速度对SLM成形仿生龙虾眼整体构件致密化行为的影响规律。发现了在400 W激光功率和2200 mm/s扫描速度下,所成形的仿生龙虾眼结构具有最高的致密度（99.7%）。在仿生龙虾眼结构的含倾角微通道和熔池传热能力的双重作用下,结构中部的内表面粗糙度（17.419μm）大于底部（14.159μm）和顶部（14.064μm）。检测了SLM成形仿生龙虾眼结构光学聚焦性能,发现了微通道宽度为1 mm的仿生龙虾眼结构具有更好的光线聚焦能力。

关键词：仿生结构龙虾眼选区激光熔化 AlSi10Mg 薄壁结构光学聚焦

Angel型龙虾眼X射线光学器件的研制及性能测试

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光学学报 2021年第6期41卷 214-220页

作者：金戈张臣黎龙辉李臻袁为民顾燕王健张振徐昭姜博文廖亦戴吴超李玉飞郭燕刘建强凌志兴赵冬华北方夜视技术股份有限公司江苏南京211106 中国科学院国家天文台中国科学院空间天文与技术重点实验室北京100012 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光... 详细信息

Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72μm,峰谷值为2.27μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。

关键词： X射线光学龙虾眼光学器件聚焦成像角分辨率

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反射表面微变形的改进型龙虾眼透镜

红外与激光工程 2018年第3期47卷 60-65页

作者：赵玄欧阳名钊付跃刚赵雨石张贺崔启胤刘雪元长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

龙虾眼透镜作为一种特殊的透射式反射聚焦元件,在X射线等高能领域具有重要的应用价值,并在可见光、红外波段具有潜在的应用前景。为提高龙虾眼透镜的成像质量,从理论方面分析了变周期闪耀光栅的衍射干涉因子以及衍射场情况,利用变周期... 详细信息

龙虾眼透镜作为一种特殊的透射式反射聚焦元件,在X射线等高能领域具有重要的应用价值,并在可见光、红外波段具有潜在的应用前景。为提高龙虾眼透镜的成像质量,从理论方面分析了变周期闪耀光栅的衍射干涉因子以及衍射场情况,利用变周期闪耀光栅对龙虾眼通道内壁进行微整形,并且对经过微整形之后的一维龙虾眼结构进行了聚焦光场分布计算。通过与之前结构的仿真对比,结果表明:焦距为100 mm时,有效半口径为95 mm的现有结构在焦面处的弥散斑直径由10 mm减小至1 mm,光能集中度由75%增大至89.62%,并且在不同入射高度下焦平面处的光斑直径以及光能集中度均有提高。

关键词： X射线变周期光栅龙虾眼光能集中度衍射效率