[发明专利]基于X射线光学仿真的掠入射光学系统聚焦性能分析方法

摘要

本发明提供了基于X射线光学仿真的掠入射光学系统聚焦性能分析方法，该方法充分考虑了X射线光子能量和反射率的特征信息，避免了现有技术中仅考虑单一能量X射线光子，而不考虑反射率的缺陷，可以实现更接近X射线脉冲星导航装置的工程实际情况，提高了X射线光学仿真与分析的效率；采用本发明的光学系统聚焦性能分析方法，可以分别对热形变、结构形变或热‑结构耦合形变情况下的光学系统聚焦性能进行分析，得到不同情况下光学系统的弥散斑均方根半径、100％能量集中度和50％能量集中度，从而量化了不同形变对光学系统聚焦性能的影响程度，为产品的可靠性设计与优化提供了理论支持。

主权项

基于X射线光学仿真的掠入射光学系统聚焦性能分析方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、设置P个X射线光子在光学镜头内表面上的入射位置、光子能量和掠入射角，其中，第p个光子的入射位置坐标分别为xp、yp、zp，所述位置坐标对应的坐标系的原点设定为探测器中心，Z轴设定为光学镜头的中心轴线；第p个光子的光子能量为Ep，Ep在设定的能量范围Emin～Emax内随机分布；第p个光子的掠入射角为θp，θp在设定的角度范围θmin～θmax内随机分布；p＝1、2、…、P，P为设定的X射线光子样本量；(2)、根据步骤(1)设置的X射线光子入射位置坐标，计算每个所述光子在光学镜头内表面入射点处的镜头曲率半径，以及所述入射点到光学镜头中心轴线的距离；其中，γp为第p个光子入射点处的镜头曲率半径；dp为第p个光子在光学镜头内表面入射点到光学镜头中心轴线的距离；p＝1、2、…、P；具体计算公式如下：dp=xp2+yp2;]]>(3)、根据步骤(2)计算得到的X射线光子在光学镜头内表面入射点处的镜头曲率半径和入射点到光学镜头中心轴线的距离，计算每个X射线光子的实际掠入射角；其中，计算得到第p个X射线光子的实际掠入射角为p＝1、2、…、P；(4)、根据每个X射线光子的光子能量计算所述光子的临界入射角，其中，计算得到第p个X射线光子的临界入射角为φp，p＝1、2、…、P；(5)、将每个X射线光子的临界入射角与所述光子的实际掠入射角进行比较，确定所述光子是否发生全发射，并对发生全发射的光子进行计数，得到到达探测器的光子总数Ntotal；(6)、对步骤(5)统计得到Ntotal个发生全反射的X射线光子，进行如下计算，得到每个所述光子在镜头内表面上的反射角：其中，αq为第q个发生全反射的X射线光子在镜头内表面上的反射角，为第q个发生全反射的X射线光子的实际掠入射角，θq′为第q个发生全反射的X射线光子的掠入射角；其中，q＝1，2，…，Ntotal；(7)、根据步骤(6)计算得到的每个所述光子在镜头内表面上的反射角，计算每个光子在径向和轴向方向上传播的分速度；然后根据轴向分速度、焦距和光子的Z坐标值，计算得到每个所述光子到达探测器焦平面的飞行时间；再根据运动方程计算得到每个发生全反射的光子到达探测器焦平面后的坐标值；其中，计算得到第q个发生全反射的X射线光子到达探测器焦平面后的X坐标和Y坐标分别为q＝1，2，…，Ntotal；(8)、计算X射线光学聚焦性能参数，具体计算公式如下：RMS=Σq=1Ntotalrq2Ntotal]]>其中，RMS为X射线光学聚焦性能参数的弥散斑均方根半径；rq为第q个发生全反射的X射线光子到达探测器焦平面后的位置与探测器中心之间的距离，即