1 沈阳理工大学理学院，辽宁 沈阳 110159
2 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室，北京 100049
3 哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
爱因斯坦探针卫星是一项针对时域天文学的任务，搭载的科学载荷后随X射线望远镜配备嵌套式镍镀金Wolter-I型X射线望远镜具有高灵敏度。角分辨是Wolter-I型X射线聚焦镜的重要性能指标，通常采用半能量直径表示。由于X射线聚焦镜在可见光与X射线下的光路相同，可以使用可见光代替X射线进行聚焦镜角分辨性能的检测，但也引入了可见光衍射的影响，为了说明此种影响，根据圆孔的夫琅禾费衍射理论，推导遮盖率极大的细圆环衍射分布公式，计算单层Wolter-I型镜片的可见光测试衍射影响。使用EP-FXT#18镜片在473 nm平行光条件下进行角分辨测试，可见光测试角分辨为32.02″±0.44″，推导计算可见光衍射影响为20.15″，从可见光测试结果中扣除衍射引入的误差影响后角分辨约为24.90″±1.61″，与中国科学院高能物理研究所在百米真空X射线下对镜片的测试结果25.10″+1.55″一致。
Wolter-I EP-FXT 衍射效应 X射线聚焦镜 可见光测试 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1926002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
研究了泵浦光聚焦特性对被动调Q激光器输出激光特性的影响。使用10 W 激光二极管（LD）和焦距为4 mm的耦合聚焦镜，在不改变LD和谐振腔结构与间距（15 mm）的情况下，选取5个耦合聚焦镜位置，研究对应泵浦光聚焦特性对输出激光特性的影响，特别是对输出脉冲稳定性的影响。泵浦功率为3.550 W时，相较于其他耦合聚焦镜位置，在耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处，被动调Q激光器实现了更高重复频率（160 kHz）、更高平均输出功率（360 mW）、更高单脉冲能量（2.250 μJ）、更低时域抖动（120 ns）的稳定脉冲输出。实验数据说明，耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处，泵浦光聚焦光斑与谐振腔基模光斑的匹配程度较好。理论计算得出，耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm时，谐振腔基模光斑尺寸与泵浦光聚焦光斑束腰尺寸的比值为0.854，该比值对今后开展高重频被动调Q激光器相关研究具有一定的借鉴意义。
LD端面泵浦 被动调Q 耦合聚焦镜位置 LD-pumped passively Q-switched coupling focusing lens position
1 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心，上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
全场透射X射线显微镜（TXM）具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维（3D）成像等优点，目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源（SSRF）二期工程建设内容之一，该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求，主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描（CT），能量范围为5~14 keV，空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源，光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统，实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站（BL18B）完成了带光调试与性能测试，实现了20 nm分辨率的TXM成像，是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站，测试结果全部达到线站设计指标，2022年该线站将对用户开放使用。
X射线光学 透射X射线显微镜 同步辐射 单毛细管聚焦镜 自主研发 光学学报
2022, 42(23): 2334001
北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
X射线光源的焦斑尺寸和焦深对X射线光谱学, 尤其是对于微区X射线衍射与荧光分析等领域十分重要的参数。 如何高效而准确的表征这些参数对于X射线光源的应用和发展至关重要。 现有的光源参数表征方法, 尤其在表征微焦斑光源的参数时, 都存在自身的局限性。 锥形单玻璃管X射线聚焦镜是一种常用的X射线聚焦器件。 根据锥形单玻璃管X射线聚焦镜滤波特性和几何特点, 分析得到聚焦镜的聚焦光能量上限的大小受到光源焦斑尺寸的影响, 提出这个能量上限与光源尺寸和光源到聚焦镜入口的距离之间的数学关系。 设计了一种基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数的方法。 对锥形单玻璃管X射线聚焦镜的参数进行测量和确定后, 将聚焦镜放置要测量的光源前, 与光源形成聚焦光路。 在光路准直并确保只有在聚焦镜内发生单次全反射的X射线射出聚焦镜的情况下, 通过改变聚焦镜与光源焦斑距离并利用能谱探测系统来探测聚焦光并得到多个对应的聚焦光能谱。 对所得能谱进行计算与分析, 得到各能谱中的能量最大值, 即聚焦光的能量上限。 利用聚焦光能量上限、 光源焦斑尺寸和光源到聚焦镜的距离之间的关系并结合线性拟合法, 可同时得到光源焦斑尺寸和焦深。 选用制造商给出焦斑尺寸约60 μm, 焦深为20 mm的微焦斑钼靶光源作为测量对象, 利用基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征方法测量的结果为焦斑尺寸为60.1 μm, 焦深为19.7 mm。 用小孔成像法表征该光源焦斑尺寸为60.3 μm, 焦深为20.1 mm。 相较于现有的方法, 基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数方法对表征微焦斑光源有一定优势, 对表征高能X射线光源有潜在发展和利用价值。
X射线光源 焦斑尺寸 焦深 全反射 锥形单玻璃管X射线聚焦镜 X-raysource Focal spot size Focal depth Total reflection Tapered glass monocapillary X-ray condenser 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2812
1 哈尔滨理工大学 理学院 黑龙江省量子调控重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学院 高能物理研究所 中国科学院粒子天体物理重点实验室, 北京 100049
为了深入研究Wolter-I型X射线聚焦镜片的光学性能, 掌握聚焦镜的对准和测试方法, 研究单层Wolter-I型X射线聚焦镜片性能。在中国科学院高能物理研究所（IHEP）百米真空X射线标定装置中对单层聚焦镜镜片的离焦、聚焦和离轴工况进行了实验测试。分析了焦距、焦斑分布、角分辨（50%能量所占区域HEW为17″和90%能量所占区域W90为44″）等光学性能参数。将得到的结果与德国马克斯普朗克地外物理研究所（MPE）PANTER X射线标定装置的实验数据对比, 性能参数基本相同, 得到的W90甚至优于MPE。实验结果验证了仿真计算结果, 为进一步开展像质研究提供了依据。通过实验掌握了聚焦镜的对准和测试方法, 未来该方法在X射线天文卫星载荷标定测试中将发挥巨大作用。
X射线光学 爱因斯坦探针 Wolter光学 X射线聚焦镜 X-ray optics Einstein probe Wolter optics x-ray focus mirror 光学 精密工程
2019, 27(11): 2330
长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
在激光扫描投影校准过程中,激光投影的光斑大小直接影响校准精度,进而影响投影系统的投影精度。为达到激光投影扫描系统对精度的要求,提出了一种能提高激光扫描投影精度的方法,即采用固定倍率准直扩束镜组和动态聚焦镜组相结合的方式,在减小激光束发散角和激光投影光斑的同时,使投影系统在投影工作距离上具有足够的焦深,以获得较大的激光能量密度,进而实现平场聚焦。利用ZEMAX光学设计软件进行了仿真并通过实验进行了验证,在4~5 m的工作距离上,激光束经过固定倍率准直扩束镜组及动态聚焦镜组后,有效减小了激光束发散角及投影光斑大小,提高了目标定位点上投影光斑的能量密度,最终使激光扫描投影系统满足了对投影精度的要求。
激光光学 激光扫描投影 准直扩束镜 动态聚焦镜 投影精度 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020801
1 北京师范大学 核科学与技术学院，北京 100875
2 北京市辐射中心，北京 100875
为了正确表征X射线光源参数，本文利用单次全反射椭球单玻璃管X射线聚焦镜，设计了一种测量X射线光源焦斑尺寸和焦深的方法。该方法利用椭球单玻璃管X射线聚焦镜具有单次全反射成像能力的特点，对多个已知焦斑尺寸的多毛细管X光透镜模拟光源的焦斑成像尺寸和椭球聚焦镜的面形误差进行表征，从而确定光源焦斑尺寸和经过椭球聚焦镜后的焦斑成像尺寸以及椭球聚焦镜的面型误差之间的通用数学关系。然后，通过分析待测光源焦斑经过椭球聚焦镜所成像的尺寸来得到被测量光源的焦斑尺寸。利用该法也同样可以得到光源焦深的大小。为了验证设计方法的可行性，测量了实验室微焦斑X射线光源的焦斑和焦深参数。测试显示: 对于焦斑直径约为50 μm、焦深约为20 mm的光源，文中方法得到的算术平均值标准偏差分别为1.5 μm和0.7 mm。结果表明: 本文设计的光源参数表征方法可以实现对微焦斑源焦斑尺寸和焦深的同时测量，在X射线源的研制和应用领域具有潜在应用。
单次全反射椭球单玻璃管 X射线聚焦镜 X射线光源 焦斑尺寸 焦深 single-bounce ellipsoidal monocapillary X-ray cond X-ray sources focal spot size and focal depth of X-ray source 光学 精密工程
2017, 25(11): 2872
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
采用ZEMAX对单点激光测振仪中的扩束聚焦镜进行了分析设计。首先对高斯氦氖激光光源进行了模拟，然后计算了系统的初始结构。分析了前透镜移动距离与激光聚焦距离的关系，获得了不同聚焦距离下的光斑尺寸。最后设计了可调扩束聚焦系统的机械结构。该结构具有调节平滑，前透镜不旋转的特点，减小了由旋转透镜带来的误差。
激光器 激光光学 扩束聚焦镜 高斯光束 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061409
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学，北京 100049
：利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器，以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标，根据光谱仪器设计理论和像差理论，设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸，采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明，该系统光谱工作范围为8.04~13.96 μm，光谱分辨率优于80 nm，F数为2，光学结构特征尺寸约为150 mm×200 mm×70 mm，满足设计指标。
光学设计 光栅光谱仪 Czerny-Turner结构 双离轴抛物镜 超环面聚焦镜 optical design grating spectrometer Czerny-Turner structure double off-axis parabolic reflector toroidal focusing mirror
