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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, 谢佳男, 蒋晖, 杨宇

航空学报 2023, 44 (3): 527386-527386. DOI: 10.7527/S1000-6893.2022.27386

摘要（1507）

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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。

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图21 反射镜的模拟和测试的掠入射反射率曲线^［84］

正文中引用本图/表的段落

德国BESSY-Ⅱ光源的PTB线站被用来测量ATHENA望远镜系统中的微孔硅反射镜上镀制的Ir/B₄C多层膜在2~10 keV下的反射率曲线以及研究各种B₄C基多层膜的长时老化性能［83］。欧洲的HEFT和Con-X HXT硬X射线望远镜的反射膜是深度方向梯度厚度变化的非周期，每组反射镜的周期厚度从约3 nm变化到超过10 nm，这样的反射镜目标实现18~170 keV的宽带高反射率［84］。科研人员利用欧洲ESRF光源的BM5和ID15A光束线进行定能量的角度联动扫描实验，并利用拟合得到的膜层结构推演出最终的全能量范围的反射率曲线，如图21所示［84］。

2020年西班牙ALBA同步辐射光源在欧洲航天局的支持下开始建造一条全新的计量光束线MINERVA，用于支持ATHENA高能天体物理学望远镜任务［77］.这条光束线提供1 keV的固定能量和好于1″（RMS）残余发散的准直性.该光束线将与BESSY-II的XPBF一样，可以提供细光束测量和系统成像实验. ...

X-ray facility for the characterization of the Athena mirror modules at the ALBA synchrotron

2020

... 2020年西班牙ALBA同步辐射光源在欧洲航天局的支持下开始建造一条全新的计量光束线MINERVA，用于支持ATHENA高能天体物理学望远镜任务［77］.这条光束线提供1 keV的固定能量和好于1″（RMS）残余发散的准直性.该光束线将与BESSY-II的XPBF一样，可以提供细光束测量和系统成像实验. ...

Wolter-Ⅰ型X射线天文望远镜的光学设计

2012

... 空间X射线的有效集光面积为几何集光面积和镜面反射率的乘积.实现反射镜的高反射率是空间X射线望远镜获得大有效集光面积的关键.对于空间X射线观测，镜面表面需镀制金属单层膜［11］、周期多层膜甚至非周期多层膜［78］以获得高的反射率和较宽入射角和能量范围.镀膜材料的选取取决于望远镜工作的X射线能段和功能需求.相比于前几节讨论的反射镜面形误差的表征技术，反射率计量需要考虑反射镜的高频表面粗糙度，这种粗糙度通过Nevot-Croce因子或Debye-Waller因子［79］的形式来减小理论的反射率.对于超光滑表面一般Nevot-Croce因子更为精确.界表面宽度包含粗糙度和界表面扩散2部分，对于反射测试而言无法分辨两者.但是对于单层膜而言，通常直接用表面宽度等效作为表面粗糙度.高频粗糙度除了降低镜向方向的反射光通量，其产生的随机漫散射也会对于望远镜系统的成像质量形成显著的衰减［80］.反射率或者散射光计量包括单一反射镜元件测量和整个反射式系统的通量计量. ...

Optical design of Wolter-Ⅰ X-ray astronomical telescope

2012

X-ray reflectivity and diffuse scattering

2000

Analytical evaluation of the X-ray scattering contribution to imaging degradation in grazing-incidence X-ray telescopes

2007

Reflectivity around the gold L-edges of X-ray reflector of the soft X-ray telescope onboard ASTRO-H

9905

... 日本SPring-8光源BL01B1线站的科研人员对ASTRO-H软X射线望远镜的金反射膜进行了反射率测试［81］，获得11.2~15.4 keV下镀膜精确的原子散射因子.印度的科研人员利用Indus-1光源在155~290 eV范围内对于ASTROSAT望远镜的金反射膜进行了反射率测试［82］.北京控制工程研究所利用北京同步辐射4B7B光束线对于脉冲星探测器的核心嵌套掠入射光学系统的每层镀金反射镜进行了反射率测量［11］，如图20所示.基于实测反射率得到光学系统有效面积为13.2 cm2@1 keV. ...

X-ray characterization of thin foil gold mirrors of a soft X-ray telescope for ASTROSAT

2010

X-ray mirror development and testing for the ATHENA mission

9905

... 德国BESSY-Ⅱ光源的PTB线站被用来测量ATHENA望远镜系统中的微孔硅反射镜上镀制的Ir/B₄C多层膜在2~10 keV下的反射率曲线以及研究各种B₄C基多层膜的长时老化性能［83］.欧洲的HEFT和Con-X HXT硬X射线望远镜的反射膜是深度方向梯度厚度变化的非周期，每组反射镜的周期厚度从约3 nm变化到超过10 nm，这样的反射镜目标实现18~170 keV的宽带高反射率［84］.科研人员利用欧洲ESRF光源的BM5和ID15A光束线进行定能量的角度联动扫描实验，并利用拟合得到的膜层结构推演出最终的全能量范围的反射率曲线，如图21所示［84］. ...

Measured reflectance of graded multilayer mirrors designed for astronomical hard X-ray telescopes

2000

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