[發明專利]X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構及設計方法

有效

• 申請號: 201710426532.5
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107132652B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王占山;廖穎宇;沈正祥
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G02B23/06
• 分類號: G02B23/06
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構及設計方法，所述結構的入瞳為正方形，包括正交組合的前鏡和后鏡，所述前鏡和后鏡均由多個正方形的平面反射鏡呈一定傾角嵌套而成，每一層平面反射鏡分別將入射的平行光線聚焦到像面中心，所述前鏡和后鏡的平面反射鏡方向呈正交關系，所述前鏡與后鏡間具有一間距；所述設計方法包括：根據工程要求，獲得緊湊嵌套式平面正交型結構中前鏡和后鏡的初始結構參數，并計算前鏡和后鏡的設計結構參數；對所述緊湊嵌套式平面正交型結構進行性能模擬及可行性分析。與現有技術相比，本發明具有可觀的系統分辨率和集光效率，能夠大大降低聚焦望遠鏡聚焦模塊的制作難度和制作成本。

技術領域

本發明涉及一種X射線聚焦望遠鏡，尤其是涉及一種X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構及設計方法。

背景技術

聚焦望遠鏡是用來觀測中子星、X射線雙星等天體，幫助人類研究極端物理現象、進行深空探測甚至是太空旅行的重要光學儀器。

研究中子星、X射線雙星等天體主要是對其輻射的X射線進行探測，以中子星為例，中子星不僅非常小，而且最近的中子星距離地球幾百光年，因此，人類觀測到的中子星輻射的X射線是非常微弱的，此時，觀測設備和太空中其他輻射的影響相對較大，觀測設備必須具有較高的集光效率才能對中子星進行有效觀測，而且中子星對地球而言是個無窮遠的點光源，觀測中子星不需要對其進行清晰成像，更重要的是收集到其脈沖信號，相比之下，對觀測設備的空間分辨率的要求就沒那么高了。

美國宇航局預計于2017年發射中子星內部組成探測器(the Neutron starInterior Composition ExploreR)，該探測器一共有56個X射線聚焦模塊，每個聚焦模塊均為緊湊嵌套式拋物面結構，拋物面型反射鏡材料為鋁。

該聚焦器雖然重量輕，且有著可觀的有效集光面積，但是其面型加工難度大，且鋁制反射鏡的面形精度難以保證，即使用圓錐面代替拋物面，用玻璃代替鋁，反射鏡的加工難度和面形精度要求仍然具有很大的挑戰。

在X射線天文觀測中，有效集光面積和分辨率是望遠鏡非常重要的性能指標，其中，有效集光面積＝幾何集光面積×集光效率。因為系統嵌套層的口徑越大，其掠入射角就越大，也就是說，外層鏡片對系統的幾何集光面積貢獻較大，但對系統分辨率和集光效率的影響也較大，而內層鏡片對系統的幾何集光面積貢獻較小，但有著更高的分辨率和集光效率。合理減小系統內徑以增加系統嵌套層數，有利于提高系統的有效集光面積和分辨率。

對于嵌套式拋物面結構，其內徑大小受到內層鏡片的曲率半徑的限制，其內徑很難做的很小，因此，有必要對嵌套式拋物面結構進行改進。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構及設計方法，能夠將來自無窮遠點光源的光線聚焦到像面，從而達到觀測或者定位遙遠的中子星、X射線雙星等天體的目的。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構，該結構的入瞳為正方形，包括正交組合的前鏡和后鏡，所述前鏡和后鏡均由多個正方形的平面反射鏡呈一定傾角嵌套而成，每一層平面反射鏡分別將入射的平行光線聚焦到像面中心，所述前鏡和后鏡的平面反射鏡方向呈正交關系，所述前鏡與后鏡間具有一間距。

所述前鏡和后鏡中，兩個平面反射鏡呈一定傾角對稱設置形成一反射鏡組，多層反射鏡組嵌套形成前鏡或后鏡。

相鄰所述反射鏡組的位置關系滿足不擋光條件。

一種X射線聚焦望遠鏡緊湊嵌套式平面正交型結構的設定方法，包括以下步驟：

1)根據工程要求，獲得緊湊嵌套式平面正交型結構中前鏡和后鏡的初始結構參數，并計算前鏡和后鏡的設計結構參數；