一种具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构
技术领域
本发明涉及激光惯性约束聚变观测领域，尤其是涉及一种具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构。
背景技术
X射线成像是进行高能量密度物理(HEDP)和惯性约束聚变(ICF)研究的重要诊断手段。其核心是通过观测点火后期热斑等离子体在不同能量X光能段的信号强度，来反推热斑等离子体的温度和密度，这是目前国内外聚变点火相关研究的重点和难点。观测对热斑的感兴趣区域具有小尺寸(约几百微米)的空间特征，因此具有3-5μm高空间分辨能力的KB(Kirkpatrick-Baez)显微镜是进行这类诊断观测的关键设备。同时热斑辐射的空间信息在不同观测视角也具有显著差异，这就要求多通道KB显微镜的光学结构必须考虑并尽可能消除，通道间观测视角差异对热斑测量精度的影响。目前常用的多通道KB显微镜的光学结构如图1所示，分别为四通道、八通道和十六通道KB结构，其结构是将两块反射镜在子午和弧矢方向上两两平行相对排列，构成一个反射镜对，再将多个反射镜对按照光轴方向前后顺序依次排列构成，对每一反射镜对而言，其光学结构如图2所示。可以看出，两个通道的观测视角δ是受到物距u和像距v、掠入射角θ、像点间隔l等初始结构参数共同限制的。而上述初始结构参数由空间分辨、工作能量、像面探测器面元大小和实验现场的空间尺寸制约，不能任意选择。这就造成不同通道下各观测视角的差异较大，目前在用的多通道KB系统的观测视角差异均在几度量级，对热斑测量过程的一致性存在严重影响，进而限制了热斑等离子体温度和密度的测量精度。
此外，在现有多通道构型下，各反射镜存在共用关系，如图(1b)中八通道KB显微镜由六块反射镜实现八个通道的成像，图(1c)中十六通道KB显微镜有八块反射镜实现是十六通道的成像。而热斑等离子体观测的核心是通过不同能量X光信号强度的测量，来反推热斑温度和密度。为实现X光信号的高反射效率，目前一般是在反射镜表面镀制针对不同X光能量设计的多层膜结构，从而使得不同的成像通道分别对不同的X光能量响应。为了保证热斑温度和密度的反推精度，要求X光能量要有一定的区分，这对共用反射镜的多通道KB结构的多层膜制备存在无法克服的困难，因此目前多通道KB显微镜普遍只针对单一能量或能段工作。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构，该结构包括沿光轴方向依次设置的多个反射镜组，每个反射镜组均分别由一个沿子午方向设置的第一反射镜和一个沿弧矢方向设置的第二反射镜组成，从而构成多个独立的成像通道。
每个反射镜组内的第一反射镜，其工作反射面之间均沿光轴方向排列。
每个反射镜组内的第二反射镜，其工作反射面之间均沿光轴方向排列。
每个反射镜组内的第一反射镜表面均镀制针对不同能量X光反射的多层膜结构。
每个反射镜组内的第二反射镜表面均镀制针对不同能量X光反射的多层膜结构。
每个反射镜组内的第一反射镜的多层膜结构对应的X光能量与第二反射镜的多层膜结构对应的X光能量根据不同的成像要求设定。
每个成像通道均独立地在项面探测器上成像。
每个成像通道在项面探测器上成像的像点相互之间具有设定的间距，并且互相不重叠。
通过调节每个反射镜组内的第一反射镜和第二反射镜的空间姿态实现像点位置和间距的调节。
相邻通道之间的观测视角差异低于0.1°的量级。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、目前常用的多通道KB显微镜由将多块反射镜在子午和弧矢方向上两两平行相对排列，构成一个反射镜对，再将多个反射镜对按照前后顺序依次排列构成，由于物点与相对排列的两块KB物镜之间夹角较大，因此各成像通道的观测视角存在较大差异(约在几度量级)，从而对热斑测量过程的一致性存在严重影响，进而限制了热斑等离子体温度和密度的测量精度。本发明提出的多通道KB显微镜结构，反射镜的工作反射面同向排列，相邻通道之间的观测视角差异可以降低到低于0.1°的量级，使得对热斑等离子体的多通道观测具有了很强的同轴性，这将显著提高对热斑等离子体温度和密度的测量精度。
二、在现有多通道KB构型的各反射镜之间存在共用关系，在其表面镀制的多层膜结构必须兼顾不同的X光能量需求，对多层膜的设计、制备和最终性能具有很强的限制，本发明提出的多通道KB结构，各成像通道均为独立成像，各反射镜的多层膜在设计和制备过程中不需要考虑相互之间的影响，从而可以分别针对不同的X光能量需求开展研制，这也显著降低了多层膜的设计、制备难度，有效保证多层膜的最终性能处于最优化的水平。
附图说明
图1为现有的多通道KB显微镜示意图，其中，图(1a)为四通道KB显微镜示意图，图(1b)为八通道KB显微镜示意图，图(1c)为十六通道KB显微镜示意图。
图2为现有多通道KB显微镜每一反射镜对的光路结构图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为本发明在子午方向的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图3、4所示，本发明提供一种具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构，该结构由2n块同向排列的KB反射镜1至反射镜2n构成，反射镜在子午方向和弧矢方向上分别顺序组合，分别构成多个独立的成像通道，即反射镜1和1′构成像1，反射镜2和2′构成像2，……，反射镜n和n′构成像n。
对于子午方向的KB反射镜1至反射镜n，其工作反射面之间均沿同方向排列，对于弧矢方向的KB反射镜1′至反射镜n′，其工作反射面之间也为同向排列。
同向排列的KB反射镜，其空间姿态具有微小差异，物点发出的X光在经过其后，在像面上形成具有一定空间间隔的像点，实现n个通道的KB成像。
n个成像通道在工作中均为独立成像，可以分别在各成像通道的反射镜表面，镀制针对E1至En能量X光反射的多层膜结构，从而使得多通道KB显微镜的像1至像n分别为E1至En能量的成像信号。
本发明提供的多通道KB反射镜将用于激光装置在内爆压缩过程后期的热斑区域的X光成像诊断，本发明能够实现在E1＝5.4keV(Cr Kα线)和E2＝8.0keV(Cu Kα线)两个能点的测量，即最终需要实现两个通道(分别对应E1和E2)的X光成像，需要观测的热斑区域大小约在300μm，KB系统预期的空间分辨约在3μm，这就要求两个通道的观测角度小于3μm/300μm，约为0.57°，此时观测视角的差异处于KB系统的空间分辨范围内，对实验数据分析没有影响，若采用现有的对称结构KB则无法实现这一观测角度要求。
采用本发明提出的具有准同轴观测功能的多通道KB显微镜结构，根据空间分辨率和集光效率的应用需求，设计的初始结构参数见表1，为降低加工和制作的难度，四块反射镜均采用同样的曲率半径R＝20m，按照像面探测器的空间排布要求，在子午方向上，反射镜1和反射镜2对应的像点间隔设定在16mm；弧矢方向上，反射镜1′和反射镜2′对应的像点间隔设定在20mm。根据上述参数，最终可以确定两个成像通道在子午和弧矢方向上的入射X光光轴的角度差异，即观测视角差异δ，简单计算可知，子午方向上，反射镜1和反射镜2对应的观测视角差异δ＝0.164°；弧矢方向上，反射镜1′和反射镜2′对应的观测视角差异δ′＝0.232°，明显优于0.57°的观测视角要求。
表1设计的初始结构参数
为了实现对两个能点X光的能量响应，针对四块反射镜还分别独立设计各自所需的多层膜结构，其中反射镜1和反射镜1′针对能量E1＝5.4keV工作，反射镜2和反射镜2′针对能量E2＝8.0keV工作。在各自的掠入射角度下设计的X光多层膜结构见表2。
表2不同掠入射角度下设计思维X光多层膜结构
