龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲涅耳公式计算了不同膜层材料和表面粗糙度对X射线反射率的影响。利用X射线束流测试设备并采用单光子采集模式完成了有效面积X射线的性能测试。结果表明,龙虾眼型光学器件的有效面积主要由膜层材料与内壁粗糙度共同决定,同时沉积Ir膜后在能量为1 keV的情况下有效面积能从2.15 cm ²增大至2.47 cm ²。

为了完成对日盲紫外电晕信号的定量分析, 本文设计了基于时间域的弥散圆斑光子计数算法来对成像系统所采集的图像进行量化分析。首先阐述了单光子探测的原理以及光子计数原理; 然后设计了基于日盲紫外 ICMOS的成像探测系统, 为了满足荧光屏的余晖响应, 优化了 CMOS驱动, 使得帧频可达 390 fps; 然后通过分析传统的连通域光子计数算法, 提出了基于时间域的弥散圆斑光子计数算法; 通过仿真实验, 可知该算法较传统的技术算法具有更高的准确性; 最后通过对紫外灯源的实验, 验证了所设计的光子计数算法可以在成像探测系统中硬件实现, 并且计数的效果良好。

Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72 μm,峰谷值为2.27 μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50 μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。

为了研究Angel型平面龙虾眼光学器件微孔统计特性对聚焦成像性能的影响,研发了一套点对点的真空X射线束流测试装置,采用微焦斑X射线束对研制的光学器件进行了聚焦成像测试。通过利用刀口狭缝系统对平面龙虾眼光学器件进行二维扫描测试,发现光学器件的不同区域存在不同程度的Tilt型工艺缺陷;基于蒙特卡罗软件模拟了Tilt工艺缺陷对聚焦成像的影响。实验结果表明:实验所采用的平面龙虾眼光学器件能在3650 mm焦距处将入射的X射线束会聚成清晰的十字图像,焦斑最大半峰全宽约为4.63 mm,对应的角分辨率最大约为4.36',点扩展函数的不均匀性约为33.7%。模拟结果表明:Tilt型工艺缺陷会导致中心亮斑强度下降,十字线弥散、不连续,二次焦斑畸变,成像质量变差。

针对日盲紫外电晕探测噪声大、信号微弱等特点，本文提出了一种利用泊松分布的日盲紫外电晕检测方法。为了表征紫外电晕信号的时空域特性，根据光电探测原理，构建了基于泊松分布的紫外电晕目标检测模型。针对紫外图像序列，首先根据暗噪声统计模型进行有无信号的判断，然后利用所建立的紫外电晕目标检测模型得到紫外图像的泊松概率映射图，最后基于改进的最大类间方差法(Otsu)实现紫外电晕目标检测与提取。本文方法在多组紫外图像序列中进行测试与对比，实验证明该方法可以准确地检测出紫外图像中电晕目标，方法结构简单，检测精度高，且性能鲁棒。

紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件，紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点，且体积小、耐冲击与振动，但国内紫外光电倍增管起步较晚，产品技术性能薄弱，故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF2 材料作为光窗、Cs2Te 阴极作为光电转换阴极，可实现200 nm～300 nm“日盲”紫外波段的探测，倍增极使用高增益双通道板叠加结构，在电压较低的情况下可以实现约5×106 倍增能力，从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状，研究紫外光电倍增管的测试方法，对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明，紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高，同时对单光子具有较好的响应，相对国外同类型的产品，具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。

提出了一种低成本的新型强度调制型光纤温度传感器。该传感器主要由宽谱光源、三端口光环形器、光纤耦合器、偏振控制器、PMF光纤、光电探测器,以及信号处理单元组成。在较短的PMF光纤条件下, 温度变化会对PMF光纤双折射产生直接影响, 导致两相干光束产生一定的相移变化, 使经过Sagnac环干涉后具有不同的透射光谱, 即发生波长漂移。利用光电转换和信号处理, 将检测到的光信号转换为电压信号, 对其进行解算从而完成对温度的检测。在无需光谱分析仪的情况下, 通过对Sagnac干涉仪的透射光谱进行信号处理, 根据随温度的变化函数解算出测量温度。在25~50.5℃的温度范围内进行了实验, 测试结果表明该光纤温度传感器的灵敏度为0.066mW/℃, 分辨率为0.34℃。

紫外可见光图像叠加精确度是评价紫外成像仪定位可见光背景下的紫外信号的关键指标, 体现了紫外成像仪的紫外光图像与可见光图像融合的精确程度。为评估紫外可见光图像叠加精确度这一关键指标, 本文设计并实现了紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度测试系统。系统选择高均匀性、高亮度、宽辐照度范围的紫外积分球光源照射十字靶标, 在紫外平行光管的作用下, 使紫外成像仪能够观测到一个无穷远的像, 通过测量紫外光图像与可见光图像的十字像中心点坐标的偏移量, 实现了对紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度的测试。实验结果表明, 该测试系统可为紫外成像仪提供可靠的检测依据, 满足紫外成像仪筛选的应用需求。

研制了一套结构简单、易于操作的条纹反射测量系统,用以测试Angel型龙虾眼X射线镜片的面型。通过电荷耦合器件(CCD)相机拍摄40 mm×40 mm口径的龙虾眼镜片的条纹反射图像,计算得到了龙虾眼镜片面型的斜率误差分布,并通过积分得到了龙虾眼镜片的面型误差均方根及峰谷值,分别为0.81 μm和6.34 μm。该结果与Zygo干涉仪得到的面型分布规律大体一致。基于条纹反射方法重复测量面型得到的均方根和峰谷值的标准差分别为0.017 μm和0.11 μm,验证了条纹反射方法测量龙虾眼镜片面型的可行性。利用蒙特卡罗方法对待测龙虾眼镜片的面型误差进行X射线聚焦成像模拟,得到面型误差引起的弥散十字焦斑的半峰全宽为0.23 mm,对应的角分辨率为2.11'。该光学测量系统的建立为龙虾眼镜片的球面热成形提供了参考依据。