空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27386

综述

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空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术

田纳玺¹, 谢佳男¹^,², 蒋晖¹^,³(), 杨宇⁴

^1.中国科学院上海高等研究院，上海 201204
^2.上海科学技术大学，上海 201210
^3.中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
^4.北京控制工程研究所，北京 100190

收稿日期:2022-05-07 修回日期:2022-06-04 接受日期:2022-07-08 出版日期:2023-02-15 发布日期:2022-07-14
通讯作者: 蒋晖 E-mail:jianghui@zjlab.org.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11775295);上海市自然科学基金(21ZR1471500);中国科学院青年创新促进会(2018295)

Characterization of space X-ray reflective focusing system by using synchrotron radiation facility

Naxi TIAN¹, Jianan XIE¹^,², Hui JIANG¹^,³(), Yu YANG⁴

^1.Shanghai Advanced Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201204，China
^2.ShanghaiTech University，Shanghai 201210，China
^3.Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China
^4.Beijing Institute of Tracking and Communication Technology，Beijing 100190，China

Received:2022-05-07 Revised:2022-06-04 Accepted:2022-07-08 Online:2023-02-15 Published:2022-07-14
Contact: Hui JIANG E-mail:jianghui@zjlab.org.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11775295);Natural Science Foundation of Shanghai of China(21ZR1471500);the Funds from the Youth Innovation Promotion Association, CAS(2018295)

摘要/Abstract

摘要：

针对脉冲星观测与计时导航等领域对空间X射线望远镜测试与标定的迫切需求，综述了目前国内外基于同步辐射和X射线自由电子激光光源发展的多种高精度的反射式聚焦系统的面形检测、系统标定和反射率计量测量技术。着重介绍了细光束、哈特曼波前传感器、光栅干涉、近场散斑等面形测试方法在不同尺度和面形的反射镜在线测量中的应用，阐明了其在工程应用中的优劣。介绍了同步辐射装置在空间X射线望远镜的在线成像和校准以及反射率计量上已开展的卓有成效工作。期望通过相关综述介绍，可以推广空间X射线望远镜反射元件广泛利用同步辐射等大科学装置进行性能表征实验，以此促进相关领域的进一步发展。国内同步辐射大科学装置的建立和蓬勃发展为大尺度空间X射线望远镜的在线检测、校准和光学性能表征提供了重要支撑。

关键词: X射线反射镜, 同步辐射, 在线检测, 波前检测, 面形误差

Abstract:

Considering the urgent demand for the testing and calibration of X-ray space telescope in the fields of pulsar observation and timing navigation， this review summarizes various high-precision wavefront and mirror figure detection， system calibration and reflectivity test techniques using synchrotron radiation and free electron laser facilities. Some important at-wavelength metrologies for testing reflective mirrors with different scales and surface shapes， such as pencil beam， Hartmann sensor， grating interferometer and near-field speckle techniques， are introduced and compared. The current application of synchrotron radiation facility in at-wavelength imaging， calibration and reflectivity measurement of X-ray space telescope is also presented. The characterization of space telescope based on synchrotron radiation is hoped to be widely developed， so as to promote further progress of related fields. The blooming synchrotron radiation facilities provide potential strong support for wavelength detection， calibration and optical performance characterization for large-scale X-ray space telescope.

Key words: X-ray reflective mirror, synchrotron radiation, at-wavelength metrology, wavefront detection, figure error

中图分类号:

田纳玺, 谢佳男, 蒋晖, 杨宇. 空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术[J]. 航空学报, 2023, 44(3): 527386-527386.

Naxi TIAN, Jianan XIE, Hui JIANG, Yu YANG. Characterization of space X-ray reflective focusing system by using synchrotron radiation facility[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 527386-527386.

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相干性要求	无	无	低	适中
光学元件	狭缝	孔径阵列	精密光栅	二维砂纸
实验装置	简单	复杂	复杂	简单
采集模式	扫描	单次	单次/扫描	单次/扫描
数据处理	快	一般	快	相对快
测量精度（RMS）/nrad	<25	<25	<10	<5
检测对象	斜率误差	斜率误差	斜率和曲率误差	斜率和曲率误差
难点和缺陷	分辨率低	要求高准直	光栅昂贵，相位解缠	二维数据处理较慢
空间望远镜	大量应用	有应用	暂无应用	暂无应用

同步辐射	束线名	年份	能量/keV	光子通量/（count·s^-1）	发散度/（″）
BESSY-Ⅱ	XPBF	2005	1	10⁸	1
BESSY-Ⅱ	XPBF2	2016	1	10¹³	1
SPring-8	BL20B2	1997	5~113		12
Alba	MINERVA	2022	1	1.5×10¹³	1

[1]	王龙, 刘岳勋, 吴圣川, 侯传涛, 张峰涛. 基于原位X射线成像的推进剂损伤演化表征[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 427022-427022.
[2]	戴金玲, 许爱强, 申江江, 王树友. 基于OCKELM与增量学习的在线故障检测方法[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 325121-325121.
[3]	尚勇, 冯阳, 刘巧沐, 王君武, 杨惠君, 茹毅, 张恒, 赵文月, 裴延玲, 李树索, 宫声凯. 大型科学装置在航空发动机高温结构材料和涂层上的研究与应用[J]. 航空学报, 2022, 43(10): 527481-527481.

空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术

Characterization of space X-ray reflective focusing system by using synchrotron radiation facility

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