多层嵌套X射线掠入射光学系统设计

发布时间：2017-07-08 12:23

  本文关键词：多层嵌套X射线掠入射光学系统设计

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【摘要】：X射线掠入射光学系统在天文观测、空间气候检测、空间定位与导航、显微成像、投影光刻、成像与诊断等技术方向具有独特优势,发挥着不可替代的作用。多层嵌套掠入射X射线光学系统可以提供更大的集光面积、更高的角分辨率以及更轻的系统重量。随着光学检测和加工技术的日益成熟,使得研制出更高精度的X射线掠入射光学系统成为可能。本文主要研究了X射线掠入射光学系统的设计,并且给出了提高有效集光面积的设计方法。文章首先对x射线掠入射光学系统的研究进展做了详细论述,分析了x射线成像光学系统的类型。然后对掠入射光学系统的工作原理、结构形式、光学特性等方面进行了深入研究,最终选择两种结构类型的掠入射形式。针对集能型的不需清晰成像的X射线光学系统,则采取一次抛物面镜反射方式。针对对成像质量有比较高要求的X射线光学系统,则采取二次反射的Wolter Ⅰ型形式,并且分析了这两种掠入射形式的优缺点。为了增大X射线光学系统的有效集光面积,采用了多层嵌套的设计方案,即将许多不同口径的反射镜面制作成套筒。有效集光面积与几何集光面积和反射率有关。最后对X射线掠入射光学系统的设计过程进行了详细的理论推导,并用ZEMAX软件对其模拟仿真。最终设计出了最佳平均掠入射角θ=1.25°,光学系统焦距f=1150mmm的X射线掠入射光学系统。所设计的一次反射抛物面镜型多层嵌套光学系统和Wolter I型结构的X射线掠入射光学系统,通过计算分析可知系统的有效集光面积达到技术指标要求。通过对公差进行分析可知所设计的x射线掠入射光学系统也符合技术指标要求。
【关键词】：光学设计 掠入射 X射线望远镜 嵌套 集光面积
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-20
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 X射线光学系统国内外发展概况9-17
• 1.2.1 国外发展概况9-16
• 1.2.2 国内发展概况16-17
• 1.3 论文研究目的及主要研究内容17-20
• 1.3.1 本文研究目的和意义17-18
• 1.3.2 本文主要研究内容18-20
• 第二章 X射线成像光学系统20-32
• 2.1 透射式X射线成像光学系统20-22
• 2.1.1 针孔成像20-21
• 2.1.2 编码孔径成像21-22
• 2.2 正入射反射式X射线成像光学系统22-23
• 2.3 掠入射反射式X射线成像光学系统23-32
• 2.3.1 柯克帕特里克—贝茨型(K-B型)24-25
• 2.3.2 龙虾眼型结构(Lobster-Eye)25-26
• 2.3.3 Wolter型光学系统理论26-28
• 2.3.4 Wolter光学系统类型28-32
• 第三章 X射线掠入射光学系统基础理论研究32-45
• 3.1 掠入射光学系统工作原理分析32-33
• 3.2 设计方法选择33-34
• 3.3 多层嵌套式结构工作原理分析34-35
• 3.4 X射线掠入射光学系统的参数分析35-42
• 3.4.1 临界掠入射角35-38
• 3.4.2 反射率38-39
• 3.4.3 视场角39-40
• 3.4.4 焦距40-41
• 3.4.5 平均掠入射角41-42
• 3.5 X射线掠入射光学系统反射镜的镀膜研究42-45
• 第四章 一次反射型多层嵌套掠入射光学系统设计45-60
• 4.1 一次反射型光学系统相关参数分析45-47
• 4.1.1 通光孔径45
• 4.1.2 抛物面镜面形公式45-46
• 4.1.3 抛物面镜的长度46
• 4.1.4 通光内径46
• 4.1.5 有效集光面积46-47
• 4.2 初始结构设计47-50
• 4.2.1 抛物面反射镜设计47-48
• 4.2.2 公差分析48-50
• 4.3 多层嵌套设计50-52
• 4.3.1 设计思路50
• 4.3.2 公式推导50-51
• 4.3.3 总有效集光面积51-52
• 4.4 一次反射型多层嵌套光学系统模拟仿真52-56
• 4.5 X射线掠入射光学系统的组成56-60
• 4.5.1 掠入射反射镜57
• 4.5.2 光阑57-58
• 4.5.3 镜筒58-60
• 第五章 Wolter Ⅰ型掠入射光学系统设计60-76
• 5.1 一次反射与二次反射掠入射光学系统比较60
• 5.2 Wolter Ⅰ型光学系统的结构设计60-68
• 5.2.1 Wolter Ⅰ型掠入射光学系统设计61-63
• 5.2.2 Wolter Ⅰ型掠入射相关参数推导63-65
• 5.2.3 有效集光面积65-66
• 5.2.4 模拟仿真66-68
• 5.3 Wolter Ⅰ型多层嵌套掠入射光学系统设计68-72
• 5.3.1 设计思路68-69
• 5.3.2 公式推导69-71
• 5.3.3 总有效集光面积71-72
• 5.4 Wolter Ⅰ型多层嵌套光学系统模拟仿真72-76
• 第六章 总结与展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81

【参考文献】

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1 孙可煦,易荣清,杨国洪,江少恩,崔延莉,刘慎业,丁永坤,崔明启,朱佩平,赵屹东,朱杰,郑雷,张景和;软x射线平面镜不同掠射角下的反射率标定[J];物理学报;2004年04期

2 陈仁怀;;中国研制硬X射线调制望远镜卫星[J];现代物理知识;2012年04期

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本文编号：534567