基于负压热弯玻璃镜片的Wolter-I型X射线聚焦望远镜关键技术研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11873004
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A1903.空间天文和高能天体物理技术和方法
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:陈晟昊; 余俊; 盛鹏峰; 钮信尚; 史英娜; 王晓强; 张璟;
- 关键词:
项目摘要
X-ray focusing optics is one of the most important technologies for X-ray astronomy with capabilities of direct imaging, low background and high sensitivity. The observing and imaging of the highly energetic object by using the X-ray imaging telescope with high performance make it possible to understand the formation and structure of the universe. Enhanced X-ray Timing and Polarimetry Mission (eXTP) is a science mission designed to study the state of matter under extreme conditions of density, gravity and magnetism. The Polarimetry Focusing Array (PFA), a set of 4 X-ray telescopes, can reach the high angular resolution of less than 30 arc-seconds. The nested Wolter-I type X-ray telescope has high-throughput, compact and good imaging properties and is a hot topic in recent years for X-ray observational tools as well. Further, the nested X-ray imaging telescope with high resolution and high effective collecting area are the base of the research on a variety of astronomical objects. Unfortunately, there is not any successful example in China for making X-ray imaging telescope,because of the difficulty of mirror fabrication and telescope integration. It is very important to develop this kind of telescopes, both for eXTP project and for X-ray astronomy observation in our country..This project will focus on the research of thin glass slumping and integration of X-ray imaging telescope with slumped glass segments in order to reach 30 arc-seconds angular resolution. This project is put forward a new thin glass segment fabrication method, which is based on high precision porous ceramic mold and a vacuum assisted thermal slumping glass technology, to making angle second precision segments. Paraboloid-hyperboloid composite mirror can realize the integration between primary and secondary mirror, which will reduce the difficulty of telescope assembly. The improved on-machine measurement technique and ray tracing method for nested telescope will help quantitatively analyzing the accuracy change of the segments and optimizing the "online detection, simulation assessment and feedback "assembly process. .All of these breakthroughs in key technologies in the nested Wolter-I telescope will lay the foundations for eXTP project and Chinese X-ray astronomy observation.
X射线聚焦光学技术是X射线天文学最重要的技术之一,具有直接成像能力和高灵敏度的特点,推动X射线天文学成为了观测宇宙新窗口。我国已提出增强型X射线时变与偏振卫星(eXTP),其独特的偏振聚焦望远镜阵列(PFA)要求至少30角秒角分辨率。嵌套式标准Wolter-I型聚焦望远镜是满足eXTP PFA要求的唯一形式,但镜片制作难、装配要求高,我国尚未有成功研制角秒级分辨率X射线望远镜的先例。我国目前仅仅只有少数单位在开展X射线聚焦望远镜研究,且最高角分辨率仅有3角分左右,因此eXTP FPA的聚焦望远镜只能通过国际合作方式研制。开展相关技术自主研究,对推进eXTP FPA的国产化和主动权,以及X射线天文具有重要科学价值和意义。.本项目在综合比较了超薄玻璃热弯镜片技术、镍电镀镜片技术和硅孔光学技术的基础上,提出采用多孔陶瓷模具、负压热弯成形技术制作高精度“抛物面-双曲面”超薄玻璃镜片,获得角秒级分辨率的高精度镜片;在嵌套式镜片装配方法上,发展嵌套式望远镜装配在线检测和掠入射光线高效追迹方法,定量分析镜片装配精度变化规律,优化“在线检测-模拟评估-反馈”装配流程和方法,力争突破角秒级精度镜片制作和角秒级望远镜装配两大关键技术,实现角秒级分辨率X射线聚焦望远镜研制。.该项目的完成,有望支持我国自主研制角秒级X射线聚焦望远镜,对改变我国在高精度X射线聚焦望远镜研制上只能依赖进口的局面,对提升eXTP的自主研制比例和推动我国X射线天文观测都有重要意义。
结项摘要
X射线聚焦光学技术是X射线天文学最重要的技术之一,具有直接成像能力和高灵敏度的特点,推动X射线天文学成为了观测宇宙的新窗口。我国已提出增强型X射线时变与偏振卫星(eXTP),,都需要大集光面积高角分辨的X射线聚焦望远镜。嵌套式标准Wolter-I型聚焦望远镜是满足这种要求的唯一形式,但我国尚未有成功研制角秒级分辨率嵌套式望远镜的先例。.本项目提出基于负压热弯成形制作玻璃镜片的Wolter-I型X射线聚焦望远镜关键技术研究。采用单点金刚石车削和抛光的复合制作技术制作了Wolter-I型X射线显微镜芯轴。总结了车削后NiP合金表面微观形貌的产生规律,揭示了NiP合金表面微观形貌的形成机理,建立了NiP合金表面微观形貌与车削参数间的量化关系和表面微观形貌与表面衍射的关系。采用了半刚性盘机械抛光方法,实现了Wolter-I芯轴抛光,制作了面形优于±50nm表面粗糙度均方根值为0.66nm,在5μm×5μm区域内的为0.23nm,Wolter-I型X射线显微镜芯轴。.通过对现有的热成形炉进行改造,设计制作了热真空负压镜片成形装置,通过基于面积均分的气道设计和抽气孔布局方案,获得了均匀的抽气负压分布。优化超薄镜片的热成形工艺,获得了30角秒精度的薄玻璃镜片。.对望远镜研制全流程的误差来源和精度控制进行了全面分解,构建了高精度“在线检测-模拟评估-反馈”的装配流程和方法,发展超薄玻璃镜片在线装配检测技术,掌握了镜片装配精度变化规律,研制了多台望远镜样机。其中焦距2m的X射线聚焦望远镜样机角分辨率为58″±2″@1.49keV,和美国NuSTAR相当,由于望远镜焦距仅有2m,理论几何误差HPD49″,远大于10m焦距的NuSTAR 14″的理论误差,表明望远镜的镜片制作和装配精度优于美国NuSTAR望远镜,Wolter-I型聚焦望远镜装配精度优于30角秒。本项目的成果将有力支撑我国相关X射线天文望远镜的研制。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Development of imaging x-ray telescopes at Tongji University
同济大学成像X射线望远镜研制
- DOI:10.1117/1.jatis.5.4.044010
- 发表时间:2019-12
- 期刊:Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems
- 影响因子:--
- 作者:Zhanshan Wang;Yingyu Liao;Zhengxiang Shen;Qiushi Huang;Bin Ma;Zhong Zhang;Xiaoqiang Wang;Kun Wang;Jun Yu;Shenghao Chen;Zhenbo Wei;Shuang Ma;Yang Yang;Chun Xie;Vadim Burwitz
- 通讯作者:Vadim Burwitz
面向激光探测的精密光机系统研制及应用
- DOI:--
- 发表时间:2002
- 期刊:光学精密工程
- 影响因子:--
- 作者:沈正祥;余俊;王晓强;王占山
- 通讯作者:王占山
Line fitting tolerance estimation for Wolter-I microscope
Wolter-I 显微镜的线拟合公差估计
- DOI:10.1117/1.oe.58.11.115101
- 发表时间:2019
- 期刊:Optical Engineering
- 影响因子:1.3
- 作者:Shen Zhengxiang;Sheng Pengfeng;Liao Yingyu;Wang Zhanshan
- 通讯作者:Wang Zhanshan
基于微扫描的红外偏振成像光学系统研制
- DOI:10.3788/gzxb20225106.0622001
- 发表时间:2022
- 期刊:光子学报
- 影响因子:--
- 作者:田晨;陈鹏;张晓杰;龙华保;侯名洋;沈正祥
- 通讯作者:沈正祥
Customized design and efficient fabrication of two freeform aluminum mirrors by single point diamond turning technique
采用单点金刚石车削技术定制设计并高效制造两个自由曲面铝镜
- DOI:10.1364/ao.58.002269
- 发表时间:2019-03-20
- 期刊:APPLIED OPTICS
- 影响因子:1.9
- 作者:Shen, Zhengxiang;Yu, Jun;Ye, Jingfei
- 通讯作者:Ye, Jingfei
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其他文献
节瘤缺陷激光损伤的研究进展
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- 发表时间:2016
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- 通讯作者:王占山
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- 发表时间:--
- 期刊:爆炸与冲击
- 影响因子:--
- 作者:解立峰;李斌;龙寅;沈正祥
- 通讯作者:沈正祥
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- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:强激光与粒子束
- 影响因子:--
- 作者:程鑫彬;沈正祥;焦宏飞;马彬;张锦龙;丁涛;王占山
- 通讯作者:王占山
非绝热近场光学诱导平滑硅表面微结构的电场模拟
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:红外与激光工程
- 影响因子:--
- 作者:孙晓雁;沈正祥;童广德;张锦龙;王占山
- 通讯作者:王占山
激波与固体颗粒群相互作用实验研究
- DOI:--
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- 期刊:实验流体力学
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- 作者:沈正祥;解立峰;李斌;张博
- 通讯作者:张博
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