[发明专利]X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构及设计方法

说明书

本发明涉及一种X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构及设计方法，所述结构的入瞳为正方形，包括正交组合的前镜和后镜，所述前镜和后镜均由多个正方形的平面反射镜呈一定倾角嵌套而成，每一层平面反射镜分别将入射的平行光线聚焦到像面中心，所述前镜和后镜的平面反射镜方向呈正交关系，所述前镜与后镜间具有一间距；所述设计方法包括：根据工程要求，获得紧凑嵌套式平面正交型结构中前镜和后镜的初始结构参数，并计算前镜和后镜的设计结构参数；对所述紧凑嵌套式平面正交型结构进行性能模拟及可行性分析。与现有技术相比，本发明具有可观的系统分辨率和集光效率，能够大大降低聚焦望远镜聚焦模块的制作难度和制作成本。

技术领域

本发明涉及一种X射线聚焦望远镜，尤其是涉及一种X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构及设计方法。

背景技术

聚焦望远镜是用来观测中子星、X射线双星等天体，帮助人类研究极端物理现象、进行深空探测甚至是太空旅行的重要光学仪器。

研究中子星、X射线双星等天体主要是对其辐射的X射线进行探测，以中子星为例，中子星不仅非常小，而且最近的中子星距离地球几百光年，因此，人类观测到的中子星辐射的X射线是非常微弱的，此时，观测设备和太空中其他辐射的影响相对较大，观测设备必须具有较高的集光效率才能对中子星进行有效观测，而且中子星对地球而言是个无穷远的点光源，观测中子星不需要对其进行清晰成像，更重要的是收集到其脉冲信号，相比之下，对观测设备的空间分辨率的要求就没那么高了。

美国宇航局预计于2017年发射中子星内部组成探测器(the Neutron starInterior Composition ExploreR)，该探测器一共有56个X射线聚焦模块，每个聚焦模块均为紧凑嵌套式抛物面结构，抛物面型反射镜材料为铝。

该聚焦器虽然重量轻，且有着可观的有效集光面积，但是其面型加工难度大，且铝制反射镜的面形精度难以保证，即使用圆锥面代替抛物面，用玻璃代替铝，反射镜的加工难度和面形精度要求仍然具有很大的挑战。

在X射线天文观测中，有效集光面积和分辨率是望远镜非常重要的性能指标，其中，有效集光面积＝几何集光面积×集光效率。因为系统嵌套层的口径越大，其掠入射角就越大，也就是说，外层镜片对系统的几何集光面积贡献较大，但对系统分辨率和集光效率的影响也较大，而内层镜片对系统的几何集光面积贡献较小，但有着更高的分辨率和集光效率。合理减小系统内径以增加系统嵌套层数，有利于提高系统的有效集光面积和分辨率。

对于嵌套式抛物面结构，其内径大小受到内层镜片的曲率半径的限制，其内径很难做的很小，因此，有必要对嵌套式抛物面结构进行改进。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构及设计方法，能够将来自无穷远点光源的光线聚焦到像面，从而达到观测或者定位遥远的中子星、X射线双星等天体的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构，该结构的入瞳为正方形，包括正交组合的前镜和后镜，所述前镜和后镜均由多个正方形的平面反射镜呈一定倾角嵌套而成，每一层平面反射镜分别将入射的平行光线聚焦到像面中心，所述前镜和后镜的平面反射镜方向呈正交关系，所述前镜与后镜间具有一间距。

所述前镜和后镜中，两个平面反射镜呈一定倾角对称设置形成一反射镜组，多层反射镜组嵌套形成前镜或后镜。

相邻所述反射镜组的位置关系满足不挡光条件。

一种X射线聚焦望远镜紧凑嵌套式平面正交型结构的设定方法，包括以下步骤：

1)根据工程要求，获得紧凑嵌套式平面正交型结构中前镜和后镜的初始结构参数，并计算前镜和后镜的设计结构参数；