图一:沃尔特望远镜由 NASA 戈达德太空飞行中心提供
X射线望远镜

X射线天文学对理解宇宙的演化做出了重大贡献。许多天文物体在X射线波段发射辐射,可以对其进行分析,以获得有关黑洞、超新星和星系结构的知识。


X射线望远镜必须在太空中运行,因为地球大气层会吸收X射线。由于X射线的波长较短,聚焦镜必须对准以掠入射光。并且所研究的物体的辐射量很低(每小时几个光子),因此每一个光子都特别值得令人注意。为了提高收集效率,数百或数千个反射镜被同心嵌套,如在沃尔特望远镜中(见图1)。为了确保良好的图像质量,反射X射线反射镜的表面几何形状必须尽可能接近理想值。理想反射镜几何形状和真实反射镜几何形状之间的任何偏差对成像质量至关重要


图二:X 射线镜 由 NASA 戈达德太空飞行中心提供
图三:Si蚀刻速率的角度依赖性可以在初步测试中确定,并考虑到要去除的材料的目标量。
如何保证X射线反射镜的表面几何形状

反射镜的基本形状由硅块制成,硅块首先通过机械加工成形。之后,对反射侧进行化学机械抛光(CMP)。然而,由于反射镜的矩形形状及其曲率,CMP处理的残余误差仍然在几百纳米的范围内。这种残余误差可以通过离子束成像(IBF)来校正

在本例中,scia Systems GmbH已将IBF应用于NASA戈达德航天中心提供的反射镜(见图2)。IBF是通过在镜面上以曲折状路径扫描聚焦离子束(FWHM<10mm)来执行的,改变每个位置的停留时间,以精确地去除校正形状误差所需的材料量。离子束的去除率不仅取决于材料和离子束能量,还取决于离子束的入射角(见图3)。由于移除的角度依赖性,必须考虑反射镜的轮廓。根据测量的形状误差分布和镜面轮廓,可以计算出停留时间图。

美国国家航空航天局的样品反射镜由IBF使用scia Trim 200离子束成像系统进行处理。IBF前的误差分布如下所示,IBF后的误差分布如下图所示。单个IBF步骤后的RMS残差可以减少14倍以上,并且可以实现个位数纳米范围内的值(见图4)。

通过应用具有较小离子束尺寸的第二IBF步骤,可以进一步减小剩余的残余误差。

相关产品-scia Trim 200
减少理想镜面和真实镜面之间的偏差
高通量生产系统
提供自动处理系统
图四:IBF处理前后Si X射线镜的RMS误差拓扑:before:98.9 nm,after:6.9 nm(improvement factor: 14.3)
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