[发明专利]一种X射线聚焦光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及X射线探测领域，尤其涉及一种X射线聚焦光学，在微弱X射线信号探测(如X射线脉冲星导航和X射线通信等)上具有重要应用价值。

背景技术

在极微弱X射线光子探测应用中(如X射线脉冲星导航和X射线深空通信)，由于探测目标辐射较弱，为了尽可能多的接收信号光子，通常采用的方法有两个：一是增大X射线探测器的面积，如中科院西安光机所提出的基于微通道板拼接的大面积X射线脉冲探测方法(专利申请号：201110449030.7，201310283151.8)。二是采用X射线聚焦光学，增大X射线收集面积，再将收集到的X射线光子汇聚到探测器接收面。

通常大面积X射线探测器前面需要增加准直器以尽量滤除背景辐射，可称为准直型探测器。采用X射线聚焦光学的探测器，通常探测器面积不需要很大，这类探测器可称为聚焦型探测器。准直型探测器可以实现较大的探测面积，具有覆盖能量范围大、探测效率较高和设备紧凑等优点。不过，随着探测器面积增大，会造成探测器暗计数率和功耗随之增大，将会影响信号光子的提取。而聚焦型探测器具有较小的探测器面积，可以使空间带电粒子和散射X射线背景引起的噪声大大降低。由于X射线脉冲星导航和X射线通信等应用只需要将X射线光子集中起来，并不需要真正的成像聚焦。因此，研究一种高效简便的X射线聚焦光学系统具有十分重要的意义，可以有效减小探测器面积，为X射线脉冲星导航和X射线深空通信等类似应用奠定技术基础。

发明内容

本发明提出一种高效的X射线聚焦光学系统，其目的是提高X射线探测效率，为X射线脉冲星导航和X射线通信等微弱X射线光子探测奠定技术基础。

本发明的技术解决方案是：

一种X射线聚焦光学系统，包括镜筒，安装在镜筒内的反射镜片组、支撑架，其特殊之处在于:

所述反射镜片组为多个单层反射镜片嵌套形成的多层套筒结构，各单层反射镜片关于光轴旋转对称，单层反射镜片的内表面为反射面，内表面的形状为圆锥曲面，单层反射镜片之间的径向间距渐变且共焦点，能够以掠入射的方式对平行或近似平行入射的X射线通过单次反射进行聚焦，

相邻两层镜片的反射面之间应满足如下递推关系：

tg2θi=Di2f+L]]>

h_i＝L*tgθ_i

Di=D1-2Σn=1i-1hn]]>

其中，L为聚焦系统沿光轴方向的长度；

h_i为第i层和第i+1层间反射镜片的径向间距；

θ_i为第i层反射镜片的掠入射角；

f为聚焦光学系统焦距；

D_i为第i层反射镜片的入射端直径；

所述支撑架用于支撑固定反射镜片组，使得反射镜片组中各层反射镜片能够按照相应间距和角度进行支撑固定。

上述反射镜片包括基底31和蒸镀在基底上的反射膜32，所述反射膜为单层或多层，所述反射膜32位于反射镜片的内表面。

上述基底31的厚度为0.1～0.5mm。

上述反射面的粗糙度小于1nm。

上述反射膜为金属薄膜，材料应为对X射线吸收系数较小且原子序数较大的材料。

上述反射镜片的内表面为圆锥曲面。

上述镜筒用于套装多层反射镜片，形状为圆柱体或多面体。