一种基于磁致变形材料的智能X射线光学系统的制作方法

一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统
技术领域
1.本发明属于x射线光学分析、光学设计和光学仿真等技术领域，具体涉及一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统。

背景技术：

2.x射线光学系统在空间x射线探测、空间x射线成像探测、空间x射线通信等领域，起到重要的作用，其可以将空间中微弱的x射线光子进行聚焦成像，然后利用处理电路对其进行分析，以达到对x射线进行探测的目的。
3.在x射线波段，介质在x射线波长区的折射率存在着吸收，其折射率为1-δ+iβ。与可见光波段的光学常数相比，δ占据了更为重要的位置，其中δ和β都是波长的函数。δ比较小，通常在10-5-10-7
之间，所以1-δ非常接近1，致使其位相变化及其缓慢，往往需要较长的路径或者快速变化的路径才能使x射线产生位相延迟，从而使其聚焦成像。目前常用的软x射线聚焦的方法主要是通过较长的路径使其聚焦，掠入射型(wolter，kb)都属于这一种方法。
4.但是利用该方法对x射线进行聚焦时，由于光学系统的加工误差，装调误差和热变形误差等因素的存在，出现较大探测误差，往往需配置波前传感器、波前校正器、光学系统面型调节的传感器，以及复杂的面型变化的驱动装置，致使整个系统体积和重量都很大，不能满足未来轻量化x射线的探测的需求。

技术实现要素：

5.为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，通过相应的波前校正技术和镜面面型快变化，使x射线获得快速变化的路径，从而可以减少相应的光学系统的体积和重量。并且可以通过光学系统自校正技术，使系统可以适应在轨复杂的应用环境变化，满足未来自校正高分辨率x射线成像系统的应用需求。其具体技术方案如下：
6.一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其包括x射线聚焦系统、x射线探测器、x射线图像分析系统、磁场产生及控制装置，其中：
7.所述x射线聚焦系统设置有磁致变形材料，在对空间中x射线光子进行聚焦成像的过程中，可通过磁致变形材料的面型变化对聚焦参数进行校正；
8.所述x射线探测器用于接收经过x射线聚焦系统聚焦之后的x射线信号，并将其转为电信号；
9.所述x射线图像分析系统用于对x射线探测器采集的x射线图像进行分析生成形变参数并反馈至磁场产生及控制装置；
10.磁场产生及控制装置用于根据接收的x射线图像分析系统的形变参数，产生特定的磁场，对x射线聚焦系统的面型变化进行校正。
11.进一步，所述x射线聚焦系统包括聚焦系统基底、沉积层、磁致变形材料、x射线高反膜四个部分，其中所述聚焦系统基底是x射线聚焦系统的主支撑结构；沉积层将聚焦系统
基底和磁致变形材料结合在一起；磁致变形材料，为可以产生相应面型变化的变形材料；x射线高反膜镀制在磁致变形材料表面，用于提高x射线光子的反射率。
12.优选的方案中，所述聚焦系统基底为金属材料或者玻璃材料。
13.进一步，x射线图像分析系统对x射线探测器采集的x射线图像进行分析，确定系统波前面型变化，并对波前变形进行拟合，并产生相应的变形参数，并反馈给磁场产生与控制装置。
14.进一步，磁场产生及控制装置根据x射线图像分析系统反馈的面型变化信息，对电磁场设置不同的偏置电压，使电磁场产生相应的磁场变化，通过该磁场变化控制磁致变形材料产生相应的变形。
15.进一步，所述磁致变形材料的形变量由以下公式计算：
[0016][0017]
其中hf和hs分别为基底和磁致变形材料的厚度，es和vs分别为磁致变形材料的杨式模量和泊松比，b为外加磁场强度，通过对磁致变形材料施加不同的磁场，使其产生相应的形变。
[0018]
本发明所达到的有益效果为：
[0019]
第一、本发明的基于磁致变形材料的自校正x射线光学系统可以对光学系统的加工误差、装调误差和热变形误差进行实时的校正，可以很好的提高光学系统的分辨率和环境适应能力。
[0020]
第二、本发明可以产生快速变化的x射线聚焦路径，从而可以减少光学系统轴向尺寸，同时与传统的自适应光学相比系统不含有波前传感器及波前校正器，也不含有参与光学系统面型调节的传感器，省去了复杂的面型变化的驱动装置，可以使x射线光学系统更加小型化与集成化。
[0021]
第三、在大面阵x射线探测领域，本系统可以有效的提高质量/有效面积的比例，可以有效的提高x射线探测面积。将本系统应用于轻小型化脉冲星x射线探测、天基高分辨率x射线探测领域，将具有重要的科学和工程应用价值。
附图说明
[0022]
图1是一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统的系统原理图；
[0023]
图2是x射线聚焦系统的结构示意图。
[0024]
图中标号：
[0025]
1、x射线聚焦系统；1-1、聚焦系统基底；1-2、沉积层；1-3、磁致变形材料；1-4、x射线高反膜；2、x射线探测器；3、x射线图像分析系统；4、磁场产生及控制装置。
具体实施方式
[0026]
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
[0027]
参照图1-2，一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其包括x射线聚焦系统、x射线探测器、x射线图像分析系统、磁场产生及控制装置，其中所述x射线聚焦系统设置
有磁致变形材料，在对空间中x射线光子进行聚焦成像的过程中，可通过磁致变形材料的面型变化对聚焦参数进行校正。x射线聚焦系统优选包括聚焦系统基底、沉积层、磁致变形材料、x射线高反膜四个部分，其中所述聚焦系统基底是x射线聚焦系统的主支撑结构，聚焦系统基底为金属材料或者玻璃材料。沉积层将聚焦系统基底和磁致变形材料结合在一起；磁致变形材料，为可以产生相应面型变化的变形材料；x射线高反膜镀制在磁致变形材料表面，用于提高x射线光子的反射率。
[0028]
x射线探测器用于接收经过x射线聚焦系统聚焦之后的x射线信号，并将其转为电信号；x射线图像分析系统用于对x射线探测器采集的x射线图像进行分析生成形变参数并反馈至磁场产生及控制装置；磁场产生及控制装置用于根据接收的x射线图像分析系统的形变参数，产生特定的磁场，对x射线聚焦系统的面型变化进行校正。
[0029]
x射线图像分析系统对x射线探测器采集的x射线图像进行分析，确定系统波前面型变化，并对波前变形进行拟合，并产生相应的变形参数，并反馈给磁场产生与控制装置。磁场产生及控制装置根据x射线图像分析系统反馈的面型变化信息，对电磁场设置不同的偏置电压，使电磁场产生相应的磁场变化，通过该磁场变化控制磁致变形材料产生相应的变形。
[0030]
磁致变形材料的形变量由以下公式计算：
[0031][0032]
其中hf和hs分别为基底和磁致变形材料的厚度，es和vs分别为磁致变形材料的杨式模量和泊松比，b为外加磁场强度，通过对磁致变形材料施加不同的磁场，使其产生相应的形变。
[0033]
整个系统的工作过程为：x射线聚焦系统对空间中的x射线信号进行聚焦采集，x射线探测器对聚焦后的x射线信号进行探测，转换为相应的图像信息；x射线图像分析系统对x射线探测器采集的x射线图像进行分析，确定系统波前面型变化，采用zernike多项式法对波前变形进行拟合，zernike多项式是在单位圆内部连续正交的无穷项的多项式完全集，其参数与光学像差具有对应性，由于光学波前是光学系统各种像差的作用产生的综合变化，因此采用zernike多项式进行光学波前拟合。根据图像分析系统采集到的x射线图像信息，利用zernike系数和像差的的对应关系，分析得到zernike各项系数，然后将其转换为并产生相应的变形参数，反馈给磁场产生与控制装置；磁场产生与控制装置根据相应的变形参数，产生特定的磁场，使x射线光学系统产生需要的面型参数变化，从而可到达对x射线光学系统本身面型变化进行校正的目的。
[0034]
以上的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于，其包括：x射线聚焦系统、x射线探测器、x射线图像分析系统、磁场产生及控制装置，其中：所述x射线聚焦系统设置有磁致变形材料，在对空间中x射线光子进行聚焦成像的过程中，可通过磁致变形材料的面型变化对聚焦参数进行校正；所述x射线探测器用于接收经过x射线聚焦系统聚焦之后的x射线信号，并将其转为电信号；所述x射线图像分析系统用于对x射线探测器采集的x射线图像进行分析生成形变参数并反馈至磁场产生及控制装置；磁场产生及控制装置用于根据接收的x射线图像分析系统的形变参数，产生特定的磁场，对x射线聚焦系统的面型变化进行校正。2.根据权利要求1所述的一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于：所述x射线聚焦系统包括聚焦系统基底、沉积层、磁致变形材料、x射线高反膜四个部分，其中：所述聚焦系统基底是x射线聚焦系统的主支撑结构；沉积层将聚焦系统基底和磁致变形材料结合在一起；磁致变形材料，为可以产生相应面型变化的变形材料；x射线高反膜镀制在磁致变形材料表面，用于提高x射线光子的反射率。3.根据权利要求2所述的一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于：所述聚焦系统基底为金属材料或者玻璃材料。4.根据权利要求1所述的一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于：x射线图像分析系统对x射线探测器采集的x射线图像进行分析，确定系统波前面型变化，并对波前变形进行拟合，并产生相应的变形参数，并反馈给磁场产生与控制装置。5.根据权利要求1所述的一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于：磁场产生及控制装置根据x射线图像分析系统反馈的面型变化信息，对电磁场设置不同的偏置电压，使电磁场产生相应的磁场变化，通过该磁场变化控制磁致变形材料产生相应的变形。6.根据权利要求1所述的一种基于磁致变形材料的智能x射线光学系统，其特征在于：所述磁致变形材料的形变量由以下公式计算：其中h
f
和h
s
分别为基底和磁致变形材料的厚度，e
s
和v
s
分别为磁致变形材料的杨式模量和泊松比，b为外加磁场强度，通过对磁致变形材料施加不同的磁场，使其产生相应的形变。

技术总结

本发明属于X射线光学分析、光学设计和光学仿真等技术领域，提供一种基于磁致变形材料的智能X射线光学系统，其包括X射线聚焦系统、X射线探测器、X射线图像分析系统、磁场产生及控制装置。本发明的基于磁致变形材料的自校正X射线光学系统可以对光学系统的加工误差、装调误差和热变形误差进行实时的校正，可以很好的提高光学系统的分辨率和环境适应能力。本系统可以产生快速变化的X射线聚焦路径，从而可以减少光学系统轴向尺寸，同时与传统的自适应光学相比系统不含有波前传感器及波前校正器，也不含有参与光学系统面型调节的传感器，省去了复杂的面型变化的驱动装置，可以使X射线光学系统更加小型化与集成化。系统更加小型化与集成化。系统更加小型化与集成化。