软X射线掠入射集光系统设计及加工技术研究

发布时间：2017-12-13 18:10

  本文关键词：软X射线掠入射集光系统设计及加工技术研究

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【摘要】：在地球同步卫星轨道以外的深空领域,GPS导航不能发挥有效作用,X射线脉冲星导航技术是深空定位和导航的主要发展方向,通过探测三个以上脉冲星的X射线辐射到达航天器的时间,可以实现航天器自主定位和导航。X射线探测装置所需的光学系统主要用于收集和会聚脉冲星发出的X射线辐射,从而提高X射线探测系统的探测能力,是脉冲星导航的关键技术之一。由于X射线波段特殊的光学特性,光学系统采用基于全反射理论的掠入射反射结构。本文主要研究高灵敏度的掠入射X射线集光系统,围绕该系统的设计优化、反射面加工和面形检测等展开工作。1.在Wolter-I型掠入射系统理论研究的基础上,根据应用需求,对单次反射的抛物反射面嵌套结构进行了优化设计,详细分析了各项结构参数对光学系统性能的影响,从而优化了结构参数;并对该系统进行了工程应用计算,包括辐条支架结构和反射面面形误差对系统性能的影响。2.分析计算了双锥面嵌套结构和微通道板光学结构的集光性能,分别从有效面积、反射效率、相对光强增益等方面与单次反射的抛物面嵌套系统进行了对比,确定了单次反射的抛物面嵌套系统作为X射线集光系统的优势。3.使用MSC Marc有限元软件对玻璃反射面在凹面模具中的热弯成形工艺进行了有限元建模和仿真,模拟了不同升温速率、成形温度、冷却速率对反射面成形结果的影响,优化了加工工艺参数;推导了所需反射面面形和模具面形之间的关系,计算出模具的面形补偿量;在模具设计和加工的基础上,使用热弯成形工艺加工了四分之一圆周的抛物反射面。4.对加工出的抛物反射面进行了表面粗糙度检测和面形检测。表面粗糙度RMS值为0.38nm;将面形检测结果与模具的表面形貌进行对比,得出加工误差PV值4.7μm,RMS值2.3μm。面形误差分析表明:模具面形是影响反射面面形精度的主要因素。5.对四分之一圆周的反射面进行了成像实验,得到成像分辨率为1.48arcmin,结果表明:使用热弯成形方法加工的超薄基底反射面可以用于脉冲星导航集光系统。反射面面形误差来源分析及成像实验为进一步提高反射面面形精度、加工出符合要求的掠入射集光系统奠定了基础。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O434.1

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本文编号：1286082