中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2~10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程，明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高，且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时，各角度光电子计数不同程度地减少，但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外，揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大，则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低，而对于由Xe或Ar组成的工作气体，当光子能量大于某壳层电子结合能时，由于相应壳层电子开始被弹射出，探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。
X射线光学 X射线偏振探测 气体探测器 极化光电过程 探测效率
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西北核技术研究所，西安 710024
为提高X射线探测器的标定精度，在荧光X射线源的基础上，提出在荧光X射线出射通道设置滤光片的方法提高X射线纯度。通过蒙特卡罗建立仿真模型，分析了辐射体发生K层光电效应的概率与原子序数的关系，并得到荧光强度和纯度随滤光片厚度的变化曲线。在大气环境下，采用硅漂移半导体探测器测试了荧光X射线源的能谱分布和光子流量，分析X射线管管电压对光子流量和荧光纯度的影响。在辐射体材料为铜，滤光片(镍)厚度为0 μm、10 μm和30 μm时，测得的荧光X射线纯度分别为75.61%、85.38%和84.25%，光子流量分别为3425 phs/s、2023 phs/s和1192 phs/s，确认了滤光片厚度对荧光X射线纯度和强度的影响，为解决荧光X射线光源单色性不足难以对X射线探测器进行高精度标定的问题提供了方向。
荧光X射线源 滤光片 探测器标定 fluorescent X-ray source filter calibration of detector 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091007
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 微光夜视技术重点实验室, 陕西 西安 710065
自X射线通信的概念被提出后, 大部分研究集中在发射源、收发天线和探测器等关键器件上, 而关于传输理论的研究较少。文中旨在建立X射线通信的理论模型, 首先建立了X射线通信的功率传输模型和链路方程; 其次建立了基于泊松噪声的X射线通信误码率模型, 随后建立了X射线通信中的核心参数: 通信距离, 通信速率, 误码率与传输功率之间的关系; 最后对不同阳极高压与不同调制方式下探测器端信号光子数进行实验监测, 对功率传输方程及误差模型进行验证, 测试了X射线通信系统的误码率, 理论与实验较为符合, OOK和4 PPM的误码率可达10-4~10-5量级, 为空间X射线通信研究建立了理论基础, 同时有望对空间X射线通信的工程化提供一定的参考。
X射线通信 误码率 泊松模型 X-ray communication bit error rate Poisson noise model 红外与激光工程
2018, 47(6): 0622001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
4 西安交通大学 理学院, 西安 710049
针对空间粒子环境对X射线通信系统的影响, 分析了空间带电粒子, 尤其是高能电子与X射线通信的收发天线--多层嵌套式X射线聚焦光学相互作用产生荧光X射线的过程；使用蒙特卡洛软件MCNP仿真了电子与聚焦光学相互作用, 产生荧光X射线光子的量子效率；建立了电子枪与多层嵌套式X射线聚焦光学相互作用的数学模型并搭建相关实验平台, 使用具有高能量分辨率的硅漂移探测器实测了荧光X射线的数量和能量分布, 计算了荧光X射线光子对X射线通信系统信噪比的影响.实验与计算结果表明: 在入射电子流量为1×108 cps/cm2/s量级, 能量1~20 keV时, X射线通信系统的信噪比优于15.1 dB.多层嵌套式X聚焦光学可以有效地滤除空间电子对X射线通信的干扰, 提高信号增益.
X射线通信 聚焦光学 信噪比 电子枪 荧光谱线 X-ray communication Focusing optics Signal to noise ratio Electron gun Fluoresycence 光子学报
2017, 46(11): 1106002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安710049
从空间X射线通信传输理论出发, 首先对X射线通信的功率传输过程进行研究, 以加性高斯白噪声信道模型与自由空间损耗为基础, 分析了深空X射线通信的信道特征及功率传输过程、推导了功率传输方程, 建立了通信链路模型; 其次, 分析了深空X射线通信系统的误差来源, 建立了基于单光子探测器的噪声模型, 并给出了主要噪声来源的数学表达式, 从而确定了通信核心参数通信距离、通信速率、误码率与信号功率之间的关系; 最后, 对不同阳极高压与不同调制方式下探测器端信号光子数进行实验监测, 对功率传输方程及误差模型进行验证.实验结果表明, 所给出的功率传输方程与误差模型可以对空间X射线通信过程进行较好地解释.根据此模型, 计算了在满足一定的误码率和传输距离要求时对X射线源出射功率的要求, 为空间X射线通信研究建立了理论基础, 为核心元器件的研究指明了下一步的方向, 同时有望对空间X射线通信的工程化提供一定的参考.
X射线通信 链路模型 功率方程 单光子探测 误码率 X-ray communication Link model Power equation Single photon detection Bit error rate 光子学报
2017, 46(10): 1035001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学， 北京 100049
楔条形位敏阳极属于电荷分割型阳极，其在光子计数成像探测器中的作用是对光子事件进行位置解码，阳极性能参数对探测器的成像性能有重要影响。对楔条形位敏阳极的极间电容进行研究，通过理论模型得到了阳极极间电容的计算表达式；设计并制作了不同参数的阳极面板，测试分析了阳极周期长度、绝缘沟道宽度、阳极收集面积和衬底材料等因素与阳极极间电容间的关系。阳极极间电容测试结果与理论计算值相符，极间电容计算值与测试值之间的偏差在10%以内。
探测器 光子计数成像 楔条形阳极 极间电容 空间分辨率
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光子学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求，对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理，对聚焦透镜进行理论设计，确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14 mm，X射线焦斑直径为20 mm，在10 m真空管道中测得光子能量为1.5 keV时聚焦效率为30.2%，有效面积为2400 mm2。
X射线光学 X射线聚焦光学器件 X射线掠入射 X射线脉冲星导航 有效面积 聚焦效率
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 西安交通大学研究生院，西安 710119
3 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
研制一种用于热离子、紫外、X射线等多种目标源的成像探测器.该探测器输出为一张目标源的灰度图像，该图像的灰度等级及其分布对应目标源的强度分布，图像的灰度分布均匀性对应目标源的束流均匀性.以紫外光源作为目标源对探测器的性能参量进行实验测试，实验结果表明该探测器的空间分辨率优于120 μm，输出均匀性优于97%，输入输出正比性误差小于±4%.
成像探测器 热离子 紫外 灰度分析 均匀度 Imaging detector Thermionic Ultraviolet Gradation analysis Uniformity
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生，依据不同栅控电压，分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明：拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用；当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时，能量为30 keV的电子束焦斑最小，在10 m处焦斑大小为160 mm.
空间环境 电子光学 电子光学软件 多级聚焦 栅控电子模拟源 Space enviroment Electron optics Computer simulation technology Multiple focus system Grid-controlelectron gun
