[发明专利]基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统

说明书

本发明提供一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统。X射线信号源发射出的X射线信号经过准直光学系统后变成发散角很小的准平行X射线光束，在真空信道中传播一段距离后再由龙虾眼型聚焦光学系统将X射线光子聚焦到SDD探测器上，经过信号处理系统解调解码等过程还原出通信信号。本发明能够减小信号X射线发射源的发散角度以及增大信号接收端的探测效率，进而大幅度地提高空间X射线的通信距离。

技术领域

本发明涉及一种基于龙虾眼光学器件的空间X射线通信系统，属于空间X射线通信领域。

背景技术

美国Henke团队通过对X射线多年的研究发现，当X射线光子能量大于10keV且大气压强低于10^-1Pa时，X射线的透过率约为100％，这一研究成果意味着在太空环境(高真空)中X射线的传输几乎无衰减。同时，X射线频率远高于微波和激光的频率，其波长短、粒子特征明显、方向性和穿透性好，受空间环境电磁干扰小。因此，利用X射线作为载波实现深空远距离通信对未来空间通信技术的发展具有重要意义。

与无线光通信系统类似，X射线通信天线系统同样包括“发射天线”和“接收天线”，其主要作用是对X射线光束进行准直、扩束和汇聚、接收，相当于一个X射线望远镜系统。目前，国内外对X射线通信的研究都面临着通信距离短，无法达到工程化应用的共同难题。这是因为X射线源发散角大，虽然在太空中无衰减传输，但是随着传输距离的增加，单位面积上所能收集到的X射线光子数就急速减少，信号几何衰减严重，通信距离严重受到限制。因此需要采取有效手段对X射线进行聚焦和准直，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于龙虾眼X射线光学器件的空间X射线通信系统，该系统利用龙虾眼X射线光学器件同时具备X射线聚焦和准直的特性，能够缩小X射线信号源的发散角度，提高X射线探测器的探测效率，有助于轻重量、小体积和低功耗的远距离空间X射线通信的实现。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于龙虾眼光学器件的空间X射线通信系统，其特征在于，包括X射线信号源、X射线准直光学系统，X射线聚焦光学系统、SDD X射线探测器以及信号处理系统；

所述X射线信号源，用于发出X射线信号；

所述X射线准直光学系统，用于对X射线信号进行准直；

所述X射线聚焦光学系统，用于对X射线信号进行聚焦；

所述SDD X射线探测器，用于探测收集后的X射线信号；

所述信号处理系统与SDD X射线探测器连接，用以将SDD X射线探测器收集到探测信号，通过解调解码，实现信号的传输。

优选的方案中，所述X射线信号源的X射线波段为10keV～100keV，X射线焦斑直径为10μm～60μm。

优选的方案中，所述X射线准直光学系统包括一反向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凹面朝向X射线信号源，缩小X射线信号的发散角度，实现对X射线信号的准直；X射线源发出X射线信号经过在所述反向使用的龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，实现对X射线信号的准直。

优选的方案中，所述X射线聚焦光学系统还包括一个正向使用的龙虾眼X射线光学器件，其光学器件的凸面朝向经过准直后X射线信号，实现对平行X射线信号聚焦，入射的平行X射线会在所述龙虾眼光学器件方形微通道内壁上发生全反射，经过球面阵列结构改变X射线的传输方向，在焦距为曲率半径的一半位置处聚焦形成清晰的十字像。