一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术及一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器；基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。本发明专利技术的有益效果是可以实现X射线频率和能量两个维度上的调制，极大提高了弱信号的识别能力，具有创新性和实用性，为X射线通信工程实现提供技术支撑。

A Frequency Keying Modulation Device and Method Based on X-ray Photon Energy

【技术实现步骤摘要】
一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法
本专利技术属于空间X射线通信
，具体涉及一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法。
技术介绍
航天技术把人类活动的领域拓展到了地球外层空间，使得人类认知和利用外层空间的能力与手段发生了质的飞跃。进入21世纪，国际上以临近空间开发和载人航天为目的的航天活动日益活跃，发展临近空间开发和载人航天载体的高速/再入飞行器是世界各国竞争的战略制高点，“黑障”问题导致高速/再入飞行器不能实现随时随地的测控、通信和导航，严重制约了高速飞行器的发展和空间资源的开发利用。因此，黑障问题重新成为各航天技术研究的焦点。基于此背景科学家们提出了利用X射线作为信号载体进行黑障阶段的通信，并开展了一系列实验研究。2007年，NASA的Keith博士提出X射线通信的概念并提出基于紫外LED与单光子探测器的验证方案。2011年，斯坦福大学的Kealhofer等人提出了一种利用飞秒激光脉冲打击纳米尺寸尖端的X射线通信方法，对X射线发射源进行优化研究，2016年，NASA公布了可用于调制X射线源的Navcube计算平台，并计划2018年在国际空间站上实现X射线通信演示验证实验。2011年中科院西安光机所提出了基于栅控X射线管与单光子探测器的空间X射线通信方案，并与2013年实现了实验室验证。2015年，同济大学王占山等对X射线多层膜的反射机理进行了深入地研究。同年，西安光机所研制了可用于X射线通信收发天线的多层嵌套式X射线聚焦光学，实现了10m真空管道的语音通信实验，通信速率可达240kbps。此外，西安电子科技大学许录平等人提出了一种基于X射线圆偏振光通信的潜在应用可能。自由空间X射线通信这一概念被提出后，各类研究机构与人员在核心元器件(包括X射线模拟源、探测接收装置及X聚焦光学等)方面开展了大量研究并取得了一定的成果。然而，上述研究仅限于实验室研究阶段，无法满足实际工程应用需求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法，目的是可以实现X射线频率和能量两个维度上的调制，极大提高了弱信号的识别能力，为X射线通信工程实现提供技术支撑。本专利技术的技术方案为：一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器；基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。与现有技术相比，本申请利用偏振编码器将激光调制成沿X方向和Y方向的两个分量，两个分量产生相位差，输出信号的偏振态发生变化，实现激光偏振编码；每个偏振态每个偏振态对应一个能够产生特定能谱的X射线源，然后通过控制激光的偏振态实现X射线信号源能谱的调制。进一步地，所述偏振编码器包括偏振控制器、与偏振控制器输出端连接相位调制器、及控制相位调制器的可编程发生器。本专利技术还公开了一种基于X射线光子能量的频率键控调制方法，包括以下步骤，步骤1、激光偏振编码；激光经激光编码器进行激光相位调制，将激光分解为相互垂直的两个偏振态；步骤2、X射线信号源能谱调制；两个偏振态激光为调制对象，每个偏振态对应一个能够产生特定能谱的X射线源，偏振态激光通过光阴极转换成脉冲型光电子束，脉冲型光电子束通过阳极靶转换成特定能谱的X射线。进一步地，所述特定能谱的X射线的能谱取决于阳极靶的靶材和高压。本专利技术的有益效果：1)采用该装置作为信号源可以有效降低通信的误码率；2)采用该装置作为信号源可以有效提高通信距离；3)通过级联该装置，可实现超宽谱段的通信；4)可将该调制方法推广应用到可见光、红外光波段的通信技术。附图说明图1为本专利技术整个装置结构图；图2为本专利技术偏振编码模块结构图。图中；1、激光器；2、偏振编码器；3、偏振分束器；4、保偏反射镜；5、光阴极A；6、阳极靶A；7、光阴极B；8、阳极靶B；21、偏振控制器；22、相位调制器；23、可编程发生器。具体实施方式如图1所示，一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器；基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。其中，激光器：产生激光，提供初级光激励信号；偏振编码器：根据加载信息将激光进行偏振编码；偏振分束器：将两种偏振态的激光分成两束；保偏反射镜：将光束A进行一次保偏反射；光阴极A：接收偏振光束A，将偏振光转换成脉冲型光电子束A；光阴极B：接收偏振光束B，将偏振光转换成脉冲型光电子束B；阳极靶A：将光电子转换成特定能谱的X射线A(能谱取决于靶材和高压)；阳极靶B：将光电子转换成特定能谱的X射线B(能谱取决于靶材和高压)；所述偏振编码器包括偏振控制器、与偏振控制器输出端连接相位调制器、及控制相位调制器的可编程发生器。一种基于X射线光子能量的频率键控调制方法，包括以下步骤，步骤1、激光偏振编码；如图2所示，激光经过偏振控制器调节到与相位调制器的偏振轴成45°的线偏光注入到相位调制器中，并在相位调制器的出射端分解为沿X方向和沿Y方向的两个分量。沿Y和X方向的两个分量都会被外加调制，但对应的电光系数不同，分别为γ33和γ31，这将导致两个分量产生相位差，从而使输出信号的偏振态发生变化。相位调制器的输出琼斯矢量Jout与输入琼斯矢量Jin的关系由传输矩阵B描述如下：Jout＝BJin(1)式中，为相位调制器的X方向与Y方向由电压调制引起的附加的相移差是变化电压的函数，是LN两偏振方向的初始相移差，L是LN光波导的长度，n为LN的折射率，Ax与Ay，分别为表征偏振相关损耗的系数(此处均小于1)。当不考虑其偏振相关损耗时，Ax＝Ay。不考虑强度的变化，只考虑偏振态的变化，则对于任意偏振态的入射偏振光的琼斯矢量为：对于45°的线偏振光，θ＝π/4，σ＝0。由(5)式可知，当相位调制器引起的相移和时，输出45°和135°的线偏振光，二者偏振态互相正交，功率均衡，由此实现激光的偏振；通过加载测控信息的数字信号，利用可编程发生器控制相位调制器，实现激光偏振编码。步骤2、X射线信号源能谱调制；激光偏振编码后，定义对应激光相互垂直的两个偏振态为逻辑数字的“1”、“0”；以这两个偏振态为调制对象，每个偏振态对应一个能够产生特定能谱的X射线源，然后通过控制激光的偏振态实现X射线信号源能谱的调制。调制后的X射线信号接收端采用SDD探测器进行时域和能量信息S(f，E)的捕捉(f代表频域信息，E代表能量信息)，从而实现基于光子能量的频率键控调制解调。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器，其特征在于：基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器，其特征在于：基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。2.根据权利要求1所述的频率键控调制装置，其特征在于：所述偏振编码器包括偏振控制器、与偏振控制器输出端连接相位调制器、及控制相...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋娟，胡慧君，邵思霈，王治凯，史钰峰，刘金胜，王文丛，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37