[發明專利]一種X射線頻率調制方法、發射裝置及其應用

在審

• 申請號: 201911342675.3
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111128648A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 蘇桐;盛立志;劉永安;李瑤;徐能
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01J35/08
• 分類號: H01J35/08;H01J35/14;H01J35/30
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明提供了一種X射線頻率調制方法、發射裝置及其應用，旨在解決現有X射線頻率調制方法效率低下，且抗干擾性能差等問題。該X射線頻率調制方法，包括：在陰極熱電子源與陽極靶之間構建垂直于電子傳輸方向的靜電場E2以控制熱電子的偏轉；所述陽極靶沿垂直于電子傳輸方向分為不同材料的兩段陽極靶，分別記為第一陽極靶和第二陽極靶；當需要傳輸信號1時，施加電壓形成所述靜電場E2，熱電子在E2的作用下，產生偏轉，轟擊第一陽極靶，產生第一陽極靶相應的特征X射線；當需要傳輸信號0時，調整靜電場E2，使熱電子轟擊第二陽極靶，產生第二陽極靶相應的特征X射線。

技術領域

本申請涉及一種X射線頻率調制方法、X射線調制發射裝置及其應用。

背景技術

X射線通信是一種具有巨大應用潛力的新型空間通信方法。X射線的波長比紅外線和微波短得多。原則上，X射線通信可以在相同的傳輸功率下發送更多的數據，這將為深空通信任務提供更為高效的每秒千兆比特的數據傳輸。此外，X射線可以穿透因高速飛行器返回地球時與大氣摩擦而產生的等離子體鞘套，形成在黑障區內的通信保障。

然而，目前一些技術上的限制使得X射線通信無法完全發揮其在空間通信中的優勢。其中，X射線調制發射源的影響最為重要。目前，主要有四種產生X射線的方法，它們分別是同步輻射X射線源、自由電子激光X射線源、激光等離子體X射線源和X射線管。具體而言，同步輻射X射線源和自由電子激光X射線源都屬于大型科學設備，它們可以產生高亮度和高單色性的X射線，然而它們體積龐大、耗電量大，并且難以調制，無法將通信信號加載到X射線上；激光等離子體X射線源是由激光產生具有一定電子密度的等離子體，再通過加速等離子體內的電子轟擊固體靶或者氣體靶產生X射線，該方法機理復雜，產生X射線效率較低、流量較小，且激光與靶材之間的相互作用容易產生固體碎片產生污染；而傳統的X射線管以及由其衍生出的陰極調制或者柵控調制X射線管也存在著調制速率受限、電子發射效率低、產生X射線流量小、單色性差、準直度低等缺點。

同時，就現有的X射線調制發射源方案而言，都是通過控制電子束流的通斷來實現X射線的調制。換句話說，當需要傳輸數字信號1時，允許電子束通過，且對電子加速令其轟擊陽極靶產生X射線；當需要傳輸數字信號0時，不允許電子束通過，無X射線產生。它們都是通過X射線的有或者無兩種狀態來傳輸信息。這種調制方式被稱為開關鍵控OOK(on-off-keying)調制方式。OOK調制是一種相對原始的調制方法，其效率低下，且抗干擾性能差，也不適用于后續信號處理過程。

發明內容

本申請的目的是解決現有X射線頻率調制方法效率低下，且抗干擾性能差等問題。

為了實現上述目的，本申請提出以下解決方案：

第一方面，一種X射線頻率調制方法，包括：

在陰極熱電子源與陽極靶之間構建垂直于電子傳輸方向的靜電場E2以控制熱電子的偏轉；所述陽極靶沿垂直于電子傳輸方向分為不同材料的兩段陽極靶，分別記為第一陽極靶和第二陽極靶；

當需要傳輸信號1時，施加電壓形成所述靜電場E2，熱電子在E2的作用下，產生偏轉，轟擊第一陽極靶，產生第一陽極靶相應的特征X射線；

當需要傳輸信號0時，調整靜電場E2，使熱電子轟擊第二陽極靶，產生第二陽極靶相應的特征X射線。

進一步可選地，所述調整靜電場E2，是使E2＝0，此時熱電子保持出射方向轟擊第二陽極靶。當然，也可以使E2為負值，使得熱電子向另一側偏轉，甚至也可以明顯增大或減小E2的場強(當然，需要預先確定兩段陽極靶位置與場強大小的對應關系)。

進一步可選地，所述靜電場E2是通過在陰極熱電子源與陽極靶之間設置一對平板電極實現的。

上述熱電子的偏移程度可由下式確定：