龍蝦眼透鏡是區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)透鏡的一種結(jié)構(gòu)仿生聚焦元件,由矩形微通道構(gòu)成的球型對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)輻射通量的全外反射條件,對(duì)高能輻射通量具有較高的收集效率。而能夠?qū)崿F(xiàn)大視場(chǎng)成像的X射線透鏡,是天文物理學(xué)、宇宙學(xué)研究中的關(guān)鍵元件。因此,X射線譜段的龍蝦眼透鏡具有極高的潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文著眼于未來(lái)空間探索的任務(wù)需求,針對(duì)極端天體輻射通量軟X射線譜段的龍蝦眼透鏡開(kāi)展了聚焦機(jī)理及應(yīng)用的基礎(chǔ)研究。本論文的主要工作包括:利用棱鏡展開(kāi)原理,建立了龍蝦眼透鏡的光線追跡數(shù)學(xué)模型,根據(jù)該數(shù)學(xué)模型完整的描述龍蝦眼透鏡的全反射成像機(jī)理。根據(jù)龍蝦眼透鏡的無(wú)軸外像差、無(wú)色差的特點(diǎn),給出了垂軸像差計(jì)算公式。通過(guò)將龍蝦眼透鏡的光線追跡模型與物質(zhì)X射線反射率函數(shù)結(jié)合,同時(shí)考慮全外反射限制角以及內(nèi)反射臨界角問(wèn)題,建立龍蝦眼透鏡的軟X射線能量模型。根據(jù)該模型討論了成像光束形式與龍蝦眼透鏡結(jié)構(gòu)形式之間的關(guān)系,分別分析了兩種情況下的集光效率與像差形式;詳細(xì)討論了通道長(zhǎng)度、錐頂角與透鏡半徑等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)像質(zhì)的影響;闡述了龍蝦眼透鏡子午方向的奇次反射能量占比、最大垂軸像差、光斑直徑、光斑內(nèi)平均光強(qiáng)。得出在有效通光口徑內(nèi),主要是寬縱比決定... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：57 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

復(fù)眼分類圖

過(guò)側(cè)壁反射將光線折轉(zhuǎn)至焦點(diǎn)處。入射光線進(jìn)入每個(gè)小眼時(shí)，可能會(huì)在相鄰的兩個(gè)側(cè)壁之上都會(huì)發(fā)生反射。只有當(dāng)入射光所在平面與水平或者豎直平面平行時(shí)，才會(huì)在一個(gè)方向發(fā)生反射。并且小眼還具有“角反射器”的作用，光線在兩個(gè)方向上的反射次數(shù)都是奇數(shù)時(shí)，出射光線按照原路返回。由于龍蝦眼系統(tǒng)是反射堆疊成像，使得龍蝦眼光學(xué)系統(tǒng)具有適用光譜范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，既可用于小波長(zhǎng)的高能射線領(lǐng)域，又可用于可見(jiàn)光、紅外以及太赫茲波段。并且當(dāng)單個(gè)小眼的方形截面邊長(zhǎng)與孔徑長(zhǎng)度之比足夠小時(shí)，整體光學(xué)系統(tǒng)會(huì)達(dá)到角秒級(jí)的分辨率。并且由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)小眼的軸線與球面半徑重合，沿半徑指向球面球心。所以整體光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有特定的光軸，造就了龍蝦眼系統(tǒng)的大視場(chǎng)特性。

(a) 大 LE Schmidt 模塊 (b) 聚焦成像示意圖圖 1.4 Schmidt 結(jié)構(gòu)示意圖2005 年 LOBSTER ISS 發(fā)布，它由歐洲航天局(EAS)設(shè)計(jì)研發(fā)用于探索太空的高能線周天監(jiān)視器(ASM)[12]。在該項(xiàng)目中，使用 MCP 技術(shù)的龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)用于OBSTER ISS 的空間實(shí)驗(yàn)中。并且在該設(shè)備中也包含高能射線望遠(yuǎn)鏡與伽馬線暴探測(cè)。這些設(shè)備主要使用在能量為 300~700kev 的高能波段，并獲得了極高的靈敏度。美國(guó)土安全部資助的光學(xué)物理公司正在研發(fā)一種命名為“LEXID”的新掃描儀。該設(shè)包括低能量 X 射線源與使用龍蝦眼幾何結(jié)構(gòu)的感光系統(tǒng)，具有價(jià)位低、質(zhì)量小及使方便等優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)上市后售價(jià)不會(huì)超過(guò) 1 萬(wàn)美元。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]Wolter X射線成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)及成像質(zhì)量分析[D]. 李春芳.大連理工大學(xué) 2007
[4]仿生復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定和大視場(chǎng)圖像拼接的技術(shù)研究[D]. 蔡夢(mèng)穎.南京航空航天大學(xué) 2007



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