【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及掠入射x射线成像，具体为一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构。
技术介绍
1、超环面反射镜具有大视场、大几何集光立体角以及结构简单便于多通道集成的特点，在x射线掠入射反射式成像领域发挥着重要作用，特别是应用在高能量密度物理x射线成像诊断以及基于同步辐射光源的聚焦成像技术等领域。
2、采用单块超环面反射镜就可以实现大视场范围内的高效率二维成像，这是超环面镜相较于其他掠入射反射式光学构型的显著优点。但是，掠入射条件下工作的超环面反射镜，在子午和弧矢方向具有显著不同的曲率半径，其比值达到103～104量级。正是由于超环面镜在子午和弧矢方向曲率半径存在很大差异，使得超环面反射镜弯曲成瓦片状结构，严重制约了超环面镜的超精密光学加工和检测。这种情况在高能点(＞10kev)、小掠入射角(＜0.5°)的应用条件下更加严重。弧矢方向的几个mm的小曲率半径使得光学超精密加工难以实现，阻碍了超环面镜在掠入射高能成像中的应用。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，在超环面反射镜的成像光路中加入弧矢球面镜，通过分担超环面反射镜在弧矢方向的光焦度，人为的增大超环面反射镜在弧矢方向的曲率半径，减小超环面反射镜在子午和弧矢方向曲率半径的比值，从而降低超环面反射镜的光学加工和检测难度。以解决
技术介绍
中的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，包括物点
4、进一步地，所述物点为原点建立空间直角坐标系，以所述物点指向所述超环面反射镜的方向为x轴正方向，所述物点竖直向上的方向为z轴正方向，从所述物点面朝所述超环面反射镜的右侧为y轴的正方向，x-y-z构成左手坐标系；
5、则，所述光学结构在x-z轴构成的平面-子午方向的光焦度由超环面提供：
6、
7、式中，r1为超环面反射镜在子午方向的曲率半径，θ1是超环面反射镜的掠入射角度；
8、所述光学结构在子午方向的成像公式为：
9、
10、式中，u为名义物距，定义为物点至超环面中心的距离，m为放大倍数，fm为光学结构在子午方向的焦距，为子午方向的光焦度；
11、所述光学结构在x-y轴构成的平面-弧矢方向的光焦度由超环面反射镜和弧矢球面镜共同提供：
12、
13、式中，r1为超环面镜在弧矢方向的的曲率半径，r2为弧矢球面镜的曲率半径，d为超环面反射镜与弧矢球面镜沿x轴的间隔距离；
14、所述光学结构在弧矢方向的成像公式为：
15、
16、式中，fs为构型的弧矢焦距，为弧矢方向的组合光焦度；
17、结合上式(1)～(4)，计算出所述光学结构在特定应用条件下的构型光学结构参数。
18、进一步地，弧矢球面镜的有效镜长l2的计算公式为：
19、
20、式中，w为超环面在y轴的有效口径，通过调节θ2实现对弧矢球面镜镜长的调控；具体来说可以通过设计镜长l2平衡构型的空间分辨率和几何集光效率，即通过采用大镜长以提高构型的几何集光效率，但分辨率会有所损失；也可以通过采用小镜长以提升构型的空间分辨率，但几何集光效率会有所损失；
21、所述光学结构的有效几何集光立体角ωgeo的表达式为：
22、
23、式中，l1为超环面反射镜的有效镜长，θ1为超环面反射镜的掠入射角度，u为物距，定义为物点至超环反射面中心的距离，w为超环面反射镜的有效镜宽。
24、技术方案的有益效果是：
25、1、本专利技术提供的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，在已知物距u，系统放大倍数m，超环面反射镜掠入射角θ1，超环面反射镜弧矢曲率半径r1，弧矢球面镜掠入射角θ2的前提下，求解超环面反射镜子午曲率半径r1和弧矢球面镜的曲率半径r2。尤其是根据公式(3)，在其他参数已知的条件下，可以根据人为设定的超环面反射镜弧矢曲率半径r1，计算求解出弧矢球面镜的曲率半径r2。即利用弧矢球面镜补偿超环面在弧矢方向的光焦度，实现对超环面反射镜弧矢方向曲率半径的调整；
26、2、本专利技术提供的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，相较于kb显微镜等掠入射成像结构，具有大收光能力，大几何集光立体角(10-7～10-5sr)的特点；
27、3、本专利技术提供的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，通过在超环面的成像光路中添加弧矢球面镜，分担超环面反射镜在弧矢方向的光焦度，能够显著增大弧矢方向的曲率半径，降低超环面反射镜的超精密光学加工难度，尤其将其运用在高能点、小掠入射角的条件下，效果更加明显。
28、4、本专利技术提供的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，解决了原本由于弧矢曲率半径过小而无法加工的超环面反射镜的问题，将其转变成根据光学加工能力，超环面镜弧矢方向的曲率半径可人为设计和调控的局面，满足了超环面反射镜在高能点成像诊断中应用的需求。
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1.一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，其特征在于，包括物点、超环面反射镜、弧矢球面镜和像点；所述物点发出的光依次经所述超环面反射镜和弧矢球面镜反射后在所述像点成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，其特征在于，以所述物点为原点建立空间直角坐标系，所述物点指向所述超环面反射镜的方向为X轴正方向，所述物点竖直向上的方向为Z轴正方向，从所述物点面朝所述超环面反射镜的右侧为Y轴的正方向，X-Y-Z构成左手坐标系；
3.根据权利要求2所述的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，其特征在于，弧矢球面镜的有效镜长L2的计算公式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，其特征在于，包括物点、超环面反射镜、弧矢球面镜和像点；所述物点发出的光依次经所述超环面反射镜和弧矢球面镜反射后在所述像点成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于超环面镜的组合式掠入射成像光学结构，其特征在于，以所述物点为原点建立空间直角坐标...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亚冉，孙涵涵，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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