中法合作的太空望远镜项目Space Variable Objects Monitor(简写SVOM)挑选了一家承包商CNES去制造一种新型的X射线聚焦光学镜片。 SVOM计划在2021年发射,主要任务是定位巨型恒星死亡产生的伽玛射线暴。镜片由英国莱斯特大学科学家研制,其设计受到了龙虾和其它类似动物的启发, 龙虾的眼睛使用了反射镜去聚焦光。传统的望远镜X射线镜片由固态玻璃和金属构成,重达数十公斤,新型的“龙虾”X射线镜片仅仅重1公斤,更容易发射到太空 轨道。 X射线的波长非常短,在30~0.03nm波段,在此波段上,适用于可见光波段(380nm~760nm)的光学玻璃的折射率会很接近于空气。也就是说,X光可以直接“穿透”光学玻璃而几乎不发生偏折,导致折射式的X射线成像系统的焦距会很长(10m)因而基本上毫无用处。同时,大部分光学玻璃暴露于X或gamma射线环境下也会由于产生自由电子而变黑。石英材料和含锶玻璃的抗辐照特性稍好,但是种类有限,交货较慢。在3.5nm波段用于X射线折射成像的材料不多,并且目前的材料对于X射线的吸收和散射率同样是不可忽略的。此外,折射式系统相对于反射式系统,各光学元件是实心的,因此,同等口径的元件,折射式元件比反射式元件重很多。因此,在航空航天领域,反射式系统由于其重量轻,应用普遍比折射式系统广泛。地基或者天基的天文望远镜要求分辨率很高,对应的镜片口径也就比较大,较大的镜片,折射式元件成型、抛光等工艺上的难度也会大得多,所以现在做天文观测的望远镜大部分都是合成孔径反射式的。所以折射式X射线成像系统,可以有结论是:根本不适用于X射线成像,对于对载荷敏感的星载成像系统更如如此。 X射线对有周期性结构的晶体,可以在满足布拉格条件时,形成反射光斑,对无定形的玻璃,则没有这个效果。对于金属等表面非常光滑(粗糙度 RMS < 1nm)的反射面,通常也只有入射角很大的掠入射的情形(一般掠射角小于1度),才能有效反射。基于这种掠入射反射镜(grazing incidence mirrors),这就是龙虾型反射镜的来历,能做得很轻,就是由于靠反射,而不是靠折射。动物眼睛绝大多数都是靠折射成像的。利用反射原理成像的眼睛,大多只见于软体动物和节肢动物。而其中,龙虾这种反射型叠置眼(Reflecting Superposition Eyes),更是几乎只在龙虾,明虾,小龙虾等等虾类里才有。究其原因,一是因为靠反射的眼睛,感光度可以很高,但是分辨率还是偏低;二是因为从折射型进化到反射型眼睛,构造设计差别很大,进化理论是说多次小的基因变异才导致大的形态变化,但是从折射型到反射型的眼睛,中间几乎没有明显的过渡,如果变异不是一步到位,成像质量会严重下降,这种变异更可能被进化淘汰。 龙虾眼的结构如下图: 由反射镜收集到光后,会由感杆束作为光波导把光传到视网膜上。虾类的眼睛还有一个更高级的功能,通过移动色素,来调节在强光和暗光条件下的成像,以达到更大的动态范围。色素对光的吸收,还可以有效的降低多次反射的杂散光,提高成像质量。在X-ray望远镜设计里,是用光纤做波导的。但是目前的望远镜设计中貌似没有模拟真龙虾眼的色素对杂散光的吸收,更没有色素的移动。目前龙虾眼望远镜的分两种类型:Angel型和Schmidt型,Angel型更接近龙虾眼,但是对模块的机械设计更高; Schmidt型则分开了纵横,分别如下: 以上是Angel型 以上是Schmidt型 龙虾眼式的反射式系统最初在20世纪70年代提出,大概原理可以参考下图: 光纤耦合式龙虾眼X射线成像系统示意图 X射线打到反射面上会聚到球形的像面,再用端面已经做成球面的光纤束接收成像。 两种型式的龙虾眼结构,在上图中也可以看出来,只要有合适的传感器,实际上这种结构可以做成一个球,视场可以无死角。不过在SVOM系统里只是用龙虾眼结构作为小视场光学系统用的。 SVOM(Space based astronomical Variable Object Monitor)搭载了两个宽视场仪器——编码掩膜成像望远镜(Coded mask telescope)ECLAIRs,一个非成像gamma射线探测器GRM和两个窄视场仪器——可见光波段望远镜VT和X射线望远镜MXT。 基于龙虾眼的只是MXT一个而已,结构示意图如下图所示,由光学件(Optic)、结构件(Structure)、相机(Camera)和散热器(Radiator)组成。 MXT结构示意图,其中光学部分是基于龙虾眼结构的,其放大图如图4所示,反射面镀铂和铱来提高X射线的反射率。 |






|手机版|搜索|焦点光学|光电工程师社区
( 鄂ICP备17021725号-1 鄂网安备42011102000821号 )
Copyright 2015 光电工程师社区 版权所有 All Rights Reserved.
申明:本站为非盈利性公益个人网站,已关闭注册功能,本站所有内容均为网络收集整理,不代表本站立场。如您对某些内容有质疑或不快,请及时联系我们处理!
© 2001-2022 光电工程师社区 网站备案号:鄂ICP备17021725号 网站公安备案号:鄂42011102000821号 Powered by Discuz! X3.2
GMT+8, 2025-12-24 16:15