楔条形阳极位置灵敏探测器图像非线性研究

基于楔条形阳极位置灵敏探测器的成像原理和二维傅里叶变换理论,提出了一种建立该类探测器成像模型的方法,进而模拟了探测器的成像效果,仿真了成像的几何非线性,仿真图像与实际图像基本符合。仿真结果表明:在阳极面板半径多出微通道板半径2P(P为阳极周期宽度)和电子云分布半宽度D为1.3P时,该类探测器的成像线性良好;电子云过小即D5P时,电子云超出楔条形阳极工作区域,成像边缘扭曲十分明显。     

使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。     

一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。     

用于月基极紫外(EUV)多层膜样片反射率测量的小型真空试验台

用于探月二期工程的极紫外相机采用多层膜反射镜作为光学元件,多层膜反射镜整镜镀膜之前需进行样片镀膜并检测从而完善并确定镀膜工艺。本文介绍了搭建的一台样片反射率测量的小型真空试验台。该试验台由激光等离子体(LPP)光源系统、Mcpherson247单色仪、真空样品室探测系统、数据采集及处理系统组成。工作波段为1～120nm,光谱辐射稳定性好于±1%/h,角分辨率误差为0.015°。用本实验台对多层膜样片进行不同波长反射率测量,测量入射角一定时对不同波长的反射率曲线,根据测量结果完善多层膜镀膜工艺。     

软X射线掠入射望远镜的成像质量评价

为了评价软X射线掠入射望远镜的成像质量,提出了一种利用ZEMAX和MATLAB相结合的像质评价方法。根据这种方法编写的像质评价程序不仅考虑了孔径衍射、几何像差和装调误差等因素对成像质量的影响,而且加入了望远镜面形误差和X射线散射效应的影响。利用勒让德-傅里叶多项式和用户自定义表面,在ZEMAX中建立带有面形误差的筒状反射镜表面模型,实现对真实面形的掠入射反射镜的仿真;根据Harvey-Shack散射理论建立了ZEMAX中的BSDF散射模型,实现对X射线散射的仿真。搭建X射线有限远成像实验装置,对像质评价程序进行了验证。实验结果和仿真结果对比表明:实验光斑和仿真光斑的光强分布基本一致,以实验结果为基准,仿真光斑的半高全宽横向和纵向的相对误差分别为14.7%和11.3%。说明像质评价程序的仿真结果基本符合真实情况,对掠入射光学系统的设计和加工具有一定的指导意义。     

极紫外波段空间相机的辐射定标

考虑极紫外波段空间相机尚无合适的辐射定标方法和装置,本文提出了适用于该波段的小目标成像辐射定标方法并基于该方法在实验室建立了辐射定标装置。提出的标定方法首先使用标准传递探测器标定小目标的辐射亮度;然后,用待定标相机中心视场对该小目标成像,获得中心视场部分的辐射强度响应度;最后,通过调整转动结构使不同视场对该小目标成像,得到不同区域的辐射强度响应度。构建的辐射定标装置由光源系统、标准传递探测器、真空罐及四维运动转台等组成。光源系统包括空心阴极光源、极紫外掠入射单色仪、准直反射镜,能够出射工作波段的准直光束;标准传递探测器标定出光束照度并计算得到小目标的辐射强度;运动平台使相机能够以不同视场角对小目标成像,测得不同视场的辐射强度响应度。利用该装置对一台极紫外相机进行了辐射定标实验,并进行了误差源分析。实验结果表明该装置的定标精度优于15%,能够实现整机状态下的辐射定标。     

楔条形阳极光子计数探测器成像性能的检测

基于楔条形位置灵敏阳极的光子计数成像探测器能够记录入射的单光子或带电粒子两维位置图像。它们在生化科学、空间探测科学、分析仪器等领域有着应用广泛。本文首先详细描述了我们研制的一套WSA光子计数成像探测器样机的设计结构及工作原理;分析了这类探测器的图像畸变产生的原因,提出了校正图象畸变的方法,并得了无畸变的图像;然后我们以美国空军标准分辨率检测板(USAF1951)为目标进行了检测,采集的检测图像显示人的裸眼能分辨出检测板的第2组第6单元条纹。最后,为了消除人眼观测的主观性,我们通过计算探测器对该单元条纹的成像调制度来确保检测结果的准确性。计算结果为：探测器对该单元条纹的水平、垂直方向成像调制度分别为57%、37%。这一结果表明我们的探测器完全能够分辨该单元条纹,对应的分辨率为7.13linepair/mm,即探测器空间分辨率达到了0.14mm。     

基于LabVIEW的光子计数图像采集系统

光子计数探测器在微弱目标成像领域应用广泛,图像采集系统是其关键部分。本文介绍了光子计数探测器的成像原理,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计研制了基于NI数据采集硬件及其编程语言LabVIEW的图像采集系统;最后通过成像实验验证其性能。结果表明基于该图像采集系统的光子计数探测器的空间分辨率优于7lp/mm。     

A novel method to characterize the angular resolution of soft X-ray grazing incidence telescope

In this paper, a novel method is proposed to characterize the operation-waveband angular resolution of the soft X-ray grazing incidence telescope. According to the method, the first is to restore the “geometric image” by removing the aperture diffraction effect from the resolution testing target image measured at visible waveband. The second is to calculate the operation-waveband resolution testing target image by the convolution of “geometric image”, diffraction point spread function and surface scattering point spread function. Finally, the operation-waveband (4.47 nm) angular resolution of 9.72 is calculated according to the operation-waveband resolution testing target image on axis. The method does not need to be performed in vacuum and to place the source away from the solar X-ray grazing incidence telescope, which greatly reduces the testing cost and improves the efficiency for the development of the soft X-ray grazing incidence telescope.     

基于虚拟锁相技术的原位光学测量技术研究

本文构建了一套基于虚拟锁相放大技术的、能准确测量微弱信号的高精度宽波段原位光学测量系统。介绍了该测量系统的建立目的,系统结构及原理;阐述了如何通过美国Ni公司的图形化编程语言Labview来虚拟实现锁相放大器功能,并应用于本套测量系统。这样既降低了成本,又简化了系统结构。测量了系统光源在200-2500nm的光强分布,测量了系统紫外可见部分及红外部分测量重复性,分别能达到0.12％、0.54％。最后利用该套系统测量了一块石英玻璃的透过率,并与lambda950的测量结果比较,两者测量结果平均相差0.95%。实验结果表明,使用了虚拟技术来实现锁相放大处理的该套原位光学测量系统的测量精度较高,对杂光和电气设备带来的噪声的抑制能力较强,能有效得对样品进行原位光学性能测量。