硬X射线成像望远镜系统初步研究-论文.pdf

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1、第55卷第2期天文学报Vo1．55No．22014年3月ACTAASTR0N0MICASINICAMar．，2014硬X射线成像望远镜系统初步研究术郑春晓，2，3十蔡明生，2胡一鸣，2黄永益，2宫一忠1,2(1中同科学院紫金山天文台南京210008)(2中国科学院暗物质与空间天文重点实验室南京210008)(3中国科学院大学北京100049)捅要介绍了基于傅立叶变换成像技术的硬x射线成像望远镜，利用双层平行光栅对天体x射线源发出的光进行调制编码，调制后的光由闪烁晶体探测器捕捉并进行光电转换，最后由电子学系统读出．调制准直

2、器型望远镜分为间调制和时间调制两种类型，时间调制系统要求探测器系统的扫描运动，而空间调制系统不需要运动．对光栅制作工艺进行了研究，给出了准直器的基本结构设计，成功制作了空间调制方式硬x射线成像望远镜原型机所需的关键部件，包括8个碘化铯晶体的探测器模块(含光电倍增管PMT)、8通道成型放大器(其中两套为实验备份)和数据获取系统．对这些部件的设计作了介绍，并给出了电子学系统的测试结果．关键词仪器：探测器，仪器：其他诸多方面，望远镜，太阳：X射线，射线，方法：统计，技术：光谱中图分类号：P111；文献标识码：A1硬X射线成像望

3、远镜的光栅准直器调制原理1965年Oda提出光栅准直器调制定位方法，即利用双层平行光栅对x射线源天体发出的光的强度进行调制编码，调制后的光由晶体探测器捕捉并进行光电转换，最后由电子学系统读出[1]_光栅型准直器用于硬x射线源成像已取得很多成果，如日本的火鸟太阳探测器(HINOTORI1，日本的阳光卫星(YOHKOH／HXT)，美国的拉马蒂高能太阳分光镜成像卫星(RHESSI)[2]．下面说明光栅准直器的成像原理．图1是一个理想的光栅准直器的剖面图，由上下两层光栅组成，距离为，为方便起见，设d=dl=d2为光栅宽度．假设无

4、穷远处有一稳定点源，到达光栅准直器上方时为一束平行入射的光子，在垂直于光栅狭缝的平面内，入射角为光子的入射方向与光栅平面法线方向的夹角，随着入射角的不同，透过上层光栅的光子束，或仅落在下层光栅的狭板上，或仅落在下层光栅的光缝上，或同时落在下层光栅的狭板和光缝上．理想情况下，这个光栅系统的透射率最小为0，最大为50％．透射率(如图2所示)是一个以入射角为2013—03—04收到原稿，2013—05—23收到修改稿国家自然科学基金项目(10973046)资助十zhengchx@mail．1as．aC．cn2期郑春晓等：硬X射

5、线成像望远镜系统初步研究变量的三角周期函数，对其进行傅立叶展开，得到：)=1l1+8c0s(圣)+c。s(3)+c0s(5)+．．．1，(1)其中光栅节距P=2d，=呈．由于高次谐波以1／n衰减和谐波的正交性，因此舍弃高次谐波不会带来任何偏差，只是降低了信噪比．而直流分量相当于平均值，因此舍弃直流分量也不会给成像带来偏差[2]．所以(1)式可简化为：(西)=cos()．(2)＼／(2)式的形式是余弦三角函数，因此我们又称其为余弦光栅准直器，其中表示入射光线经过前后光栅的偏移量．图1理想双光栅准直器剖面图[3—4]图2余弦

6、准直器的透射率(a=d／L)[。Fig．1TheprofileofidealdoublegratingFig．2Transmissivityofcosinecollimatorcollimator[3—4](ol=d／L)[3-4]与余弦光栅准直器相对应，还存在正弦光栅准直器，结构一样，只是前后光栅的相对位置稍有变化，余弦光栅准直器前后光栅的狭缝与狭板两两相对，而正弦光栅准直器前后光栅的狭板和狭缝相对位置差p／4的距离，从而两者有丌／2的相位差．正弦光栅准直器的透射率表示为：()=sin(1．(3)＼＼P／典型的傅立叶变

7、换望远镜由一系列的子光栅准直器构成，为了更一般地量化表述，下面建立二维平面内的二维坐标系统．如图3所示，光栅狭缝方向与轴之间的夹角为，用向量=(cos+歹sin)描述光栅节距P，i和分别代表沿．z轴正向和沿Y轴正向的单位向量．假设源平面与光栅平面平行，几何意义上两者是同一个平面．最简单的情况下，位于(，Y)处的单位强度的点源，其位置用向量表示为=ix+Jy，将向量r投影到向量k上，得：=·r=二(CO8+Ysin)，(4)天文学报55卷令钆=，=下sin／3，则(4)式可表示为：=2~(xu+y)．则余弦光栅准直器和正弦

8、光栅准直器的透射率分别表示如下：()=cos(2~(xu+yv))(5)()=sin(27r(xu+yv))，(6)令和分别为傅立叶项的实部和虚部，则由正余弦两个光栅准直器组成的傅立叶变换项可表示为：(圣)=()+iTs(~)=cos(~)+isin(O)=e’中=ei((”+))．(7)假设对于单位强度的点源在没有