掠射式望远镜.ppt

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1、掠射X射线望远镜望远镜自1608年发明以来为人类的科技进步作出了巨大贡献。望远镜经过400多年的发展，已经在人类的各个领域特别是天文研究中担任了不可或缺的角色。传统的望远镜有两种：折射望远镜折射望远镜（refractingtelescope）是一种使用透镜做物镜，利用屈光成像的望远镜。折射镜是光学望远镜最早的形式，第一架实用的折射望远镜大约在1608年出现在荷兰，由三个不同的人，密德堡的眼镜制造者汉斯·李普希和杨森、阿克马的雅各·梅提斯，各自独立发明的。反射望远镜反射望远镜是使用曲面和平面的面镜组

2、合来反射光线，并形成影像的光学望远镜。第一架反射望远镜由牛顿于1668年制造。但对于X射线，传统的望远镜难以探测，原因如下：对反射望远镜来说，能否有效反射入射光线是反射望远镜能否正常工作的关键，但是X射线能直接穿透大多数物质，或者直接被物质所吸收，也就是说，大多数物质对X射线的反射率是极低的。对折射望远镜，由于X射线的特殊性质，X射线在介质中的折射率略小于1，从而不能用折射的方法使之聚焦，从而折射望远镜对探测X射线也无能为力。一般情况下，光的频率越高，在相同物质中的折射率也应越高。就像下图这样：

3、但是，此定律只在光波波长远离材料的共振吸收峰时成立，此时光波发生正常色散，即频率越高，折射率越高，反之，频率越高折射率越低，称之为反常色散。对于X射线来说，几乎所有物质都使X射线处于反常色散之中，因此绝大多数物质对X射线的折射率略小于1。下图展示了某种物质的全电磁波谱折射率曲线：因为X射线在一般物质中折射率小于1，故X射线从真空入射反射物质时，当入射角接近90度时，就能发生全反射现象。掠射望远镜就是利用X射线以近乎平行的角度照射在金属平面上时发生全内反射的原理进行成像的望远镜。一般掠射X射线望远镜光

4、路有Kirkpatrick-Baez型、WolterI、II、III型和龙虾眼（LobsterEye）型等。K-B型是最早研制出来的，应用最广的是Wolter型号，龙虾眼型由于制作技术原因至今未被任何X射线望远镜采用。利用这种全内反射现象，开创了X射线掠入射光学。目前，在天文学中广泛采用的WolerI型成像系统是X射线掠入射成像系统中的重要一种，加工制备的困难是限制这种成像系统在其发明后没有马上得到实际应用的主要原因。随着光学加工与检测技术的提高，X射线掠入射系统才逐步进入实用阶段。Kirkpat

5、rick-Baez型它是最早的设计，完成于1948年此系统中X射线经过两片互相垂直的抛物线面反射后会聚。1952年,沃尔特首先建议使用两个同轴共焦旋转圆锥曲面组合构成的光学系统,可以减少像差。他还提出三种有实用意义的成像系统方案。即WolterI型、II型、III型。Wolter型WolterI型光路WolterII型光路WolterIII型光路龙虾眼(LobsterEye)型1970年代末提出的龙虾眼型设计的优点是有很大的视场，但焦面是曲面，且镜筒不易制作，故迄今尚未被任何X射线望远镜采用。龙

6、虾眼型实际制作望远镜时，为了增大望远镜的有效聚光面积，往往采用将多组掠射镜组合成套筒的形式，以WolterI型为例，通过合理选择镜面形状，让X射线会聚到统一的焦点处再接收。衡量掠射系统质量的指标包括成像质量、有效聚光面积以及抵抗散射光干扰的能力，其中有效聚光面积决定于两组镜面的间距与镜面厚度。望远镜的分辨本领受限于镜面的不规则程度，而不是系统的衍射极限。反射镜镜壳上覆有重金属如金、铱或铂的镀层，可以提高X射线的反射率。接收能量为几千电子伏特的掠射望远镜，用金属铂作面镜，分辨率虽低但仍可用。入射角小于

7、1度，需要上百面涂漆的铝箔来做反射镜。1978年美国NASA发射的Einstein（HEAO-2）卫星首次装载了掠入射单层金属薄膜直接成像观测。望远镜为4层的WolterI型望远镜，分辨率3角秒。同样采用WolterI型光路设计的X射线望远镜还有伦琴X射线卫星（ROSAT），其X射线望远镜由4层WolterI型掠射镜组成，最大口径83.5厘米，焦距240厘米。掠射镜材料为表面镀金的零膨胀Zerodur玻璃。比如Xmm-Newton卫星，它的三个X射线望远镜采用58层掠射镜组成WolterI型光路。各

8、层镜面之间距离小至1毫米，总集光面积达0.5平方米。望远镜口径70厘米，焦距7.5米，镜面材料为镀金的镍板。如下图所示：从上世界70年代末到如今经过短短三、四十年的发展，X射线望远镜已取得的飞跃不亚于从伽利略的小折射镜到现代大型望远镜的进步。雨燕卫星的X射线望远镜朱雀卫星的X射线望远镜的反射面结束