田納璽，謝佳男，2，蔣暉，3，，楊宇

1．中國科學院 上海高等研究院，上海 201204 2．上?？茖W技術(shù)大學，上海 201210 3．中國科學院 上海應(yīng)用物理研究所，上海 201800 4．北京控制工程研究所，北京 100190

半個多世紀以來，脈沖星逐漸成為了天體物理研究的熱點領(lǐng)域，隨著觀測設(shè)備以及航天領(lǐng)域新技術(shù)的迅速發(fā)展，基于脈沖星的計時導(dǎo)航已成為國家戰(zhàn)略中具有前瞻性的研究方向，更成為中國航天領(lǐng)域和天文學領(lǐng)域急迫的研究任務(wù)。從國內(nèi)外研究進展可知，空間X射線望遠鏡是開展上述兩大領(lǐng)域的核心技術(shù)和基礎(chǔ)，而空間X射線聚焦光學系統(tǒng)的性能是制約空間X射線觀測設(shè)備能力提升的關(guān)鍵?？臻gX射線聚焦系統(tǒng)的發(fā)展涉及超短波光學、超精密制造、先進材料、超精密計量與表征等多個領(lǐng)域。其中關(guān)鍵反射鏡元件的表面中高低頻誤差的測量和表征是發(fā)展高性能反射式聚焦系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)外多個國家和組織已發(fā)射多臺空間X射線望遠鏡以開展脈沖星觀測及航天工程應(yīng)用，比如愛因斯坦衛(wèi)星（High-Energy Astro?nomical Observatory 2，HEAO-2）、美 國Chan?dra X射線天文臺、歐洲Newton-XMM X射線天文臺、日本ASTRO系列X射線望遠鏡等，對于人們認知中子星、黑洞、恒星、系外行星等天體的關(guān)鍵特性，揭示宇宙的起源和演化，做出了突出貢獻。中國在該領(lǐng)域起步相對較晚，但已有部分研究所和相關(guān)高校開展空間X射線反射鏡的研制工作。2016年11月10日，中國空間技術(shù)研究院發(fā)射了中國首顆脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星（XPNAV-1），搭載了北京控制工程研究所研制的四層嵌套的X射線反射式聚焦望遠鏡，國內(nèi)首次在軌驗證了該類望遠鏡的可行性。目前，中國科學院高能所正在開展愛因斯坦探針衛(wèi)星的X射線望遠鏡研制工作。國家天文臺牽引相關(guān)單位正開展X射線龍蝦眼聚焦反射鏡的研制工作。此外，中國正在論證的下一代增強型X射線時變與偏振空間天文臺（enhanced X-ray Timing and Polarim?etry mission，eXTP），同樣擬采用Wolter-I反射式聚焦光學系統(tǒng)。通常而言，X射線波段（能量從～0.1至～100 keV）覆蓋軟X射線、硬X射線直到超硬X射線能段。因為X射線波段中幾乎所有材料的折射率都接近于1，光束無法在介質(zhì)中產(chǎn)生明顯的折射現(xiàn)象，所以常見的正入射反射鏡或者透鏡元件很難適用于X射線聚焦系統(tǒng)中。X射線，尤其是硬X射線的偏轉(zhuǎn)、準直和聚焦等功能大多采用掠入射反射鏡來實現(xiàn)。X射線掠入射反射鏡主要應(yīng)用于天文觀測、脈沖星計時導(dǎo)航、同步輻射裝置和生物探測等領(lǐng)域。常見的掠入射反射聚焦系統(tǒng)包括Kirkpatrick-Baez（K-B）、Wolter-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和龍蝦眼型等反射式系統(tǒng)［1］。其中Wolter-Ⅰ型光學系統(tǒng)是目前在空間X射線望遠鏡領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，反射鏡表面輪廓面形復(fù)雜多變，主要包括旋轉(zhuǎn)拋物面、雙曲面等二次旋轉(zhuǎn)曲面。

基于掠入射反射鏡光學系統(tǒng)的空間X射線望遠鏡可以探測宇宙中極其微弱的X射線信號并分辨諸如脈沖雙星等相鄰輻射源，其聚焦成像系統(tǒng)具有高信噪比、大口徑和高分辨等特點。為實現(xiàn)上述功能，空間X射線望遠鏡在設(shè)計中常采用嵌套式的薄反射鏡提高有效探測面積。根據(jù)瑞利判據(jù)，望遠鏡的空間角分辨率取決于望遠鏡的數(shù)值孔徑，而同時為了滿足相干性條件，也需要減小反射鏡面的面形誤差。這種中低頻的面形誤差會展寬系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，降低成像質(zhì)量，從而嚴重影響空間角分辨率。而為了獲得高信噪比和高反射通量，在保證大孔徑的同時也需要減小反射鏡的表面高頻粗糙度。高頻粗糙度會引起聚焦光斑的漫散射、成像對比度和信噪比的降低，嚴重減小有效集光面積。

由此可見，X射線反射鏡的面形誤差與粗糙度水平?jīng)Q定了空間X射線聚焦系統(tǒng)的主要性能。如何全面表征反射鏡表面面形特征顯得尤為重要，其測量帶寬必須覆蓋相應(yīng)面形誤差的整體空間頻率范圍。對于大尺度的反射鏡而言，其全空間波長從鏡長的近米級直到高頻粗糙度的埃級（10?10m），意味著其面形表征跨度達到9～10個數(shù)量級，給面形表征帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

通?？臻g望遠鏡的反射鏡元件的單項指標檢測主要基于實驗室的離線設(shè)備，比如使用馬爾圓度儀檢測芯軸的圓度；使用白光干涉儀測量表面粗糙度；使用斐索干涉儀［2］、長程輪廓儀（LTP）［3］和 納 米 光 學 測 量 系 統(tǒng)（NOM）［4］檢 測元件的高度或斜率誤差。對于反射鏡最重要的中低頻的面形信息，受設(shè)備視場范圍或者斜率范圍限制，單次測量不能覆蓋較大尺寸或角度范圍。基于位置和角度拼接的測量技術(shù)近年來被廣泛采用以增大鏡面測量的有效范圍，如日本大阪大學的科研人員發(fā)展的微拼接干涉儀［5］和角度拼接干涉儀［6］顯著地提高面形誤差的測量精度。

然而反射鏡的安裝和運行工況對于面形誤差的影響不可忽視，例如系統(tǒng)裝配、重力釋放、力學沖擊、熱變形以及入射光本征畸變等。直接利用X射線光源在接近光學系統(tǒng)實際工況，如相似波長、熱負載和夾持等條件下開展測量已成為近年來重要的發(fā)展方向。這種在線檢測彌補了系統(tǒng)測量環(huán)境與使用環(huán)境差異所帶來的影響。于是，美國、德國、日本和中國等均建造基于X射線真空模擬測試系統(tǒng)開展反射率、角分辨率、探測能段等指標的測試與標定。然而該類裝置存在如下局限性：① 由于采用了實驗室X射線源，其亮度和相干性的缺失使得難以模擬單能大流量的X射線光子；② 目前還難以實現(xiàn)大口徑的實驗室X射線源，不能覆蓋X射線反射鏡口徑日益增大的需求；③ X射線的波長不連續(xù)，不能完全滿足元件在工作波段的測試要求。于是以同步輻射光源為代表的新型光源逐漸展現(xiàn)出自身優(yōu)勢。同步輻射和X射線自由電子激光是迄今能產(chǎn)生高相干性和最高亮度的X射線光源裝置，同時具有高準直、短脈沖和廣光譜覆蓋的優(yōu)勢［7-8］?；谛滦凸庠窗l(fā)展的X射線光學系統(tǒng)表征技術(shù)，無論對于空間X射線望遠鏡的反射鏡面形特征還是整體系統(tǒng)特性的表征精度和速度都會有大幅度提升。

基于同步輻射裝置的反射元件的在線檢測技術(shù)近年來得到廣泛關(guān)注，主要包括細光束法、哈特曼波前傳感器、光柵干涉法、近場散斑法、掃描相干衍射法等。這些技術(shù)主要通過測量反射光束的局部波前的傳輸方向或相位變化來計算反射鏡的面形誤差信息。除了同步輻射領(lǐng)域自用的光學元件檢測，包括空間X射線望遠鏡、極紫外光刻系統(tǒng)等其他重要領(lǐng)域中使用的反射鏡元件均可借助同步輻射裝置開展面形在線檢測。對于空間X射線望遠鏡元件而言，為了更好地預(yù)測望遠鏡的角度分辨率和控制反射鏡的加工精度，面形測量一般需要好于亞微米的測量精度。雖然精度上不如同步輻射光學元件要求這么高，但是更大的尺寸和更復(fù)雜的系統(tǒng)集成也為測量帶來了額外的難度。除了在線面形測量，對于空間望遠鏡這種二維聚焦反射系統(tǒng)，直接進行成像或聚焦實驗也是重要的檢測手段，而同步輻射裝置可以提供各種尺寸、能量和特性的高質(zhì)量光束來實現(xiàn)相關(guān)的檢測。國際上，同步輻射裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空間X射線望遠鏡及相關(guān)光學元件的測量和性能表征等領(lǐng)域［9-11］。

本文將根據(jù)脈沖星計時導(dǎo)航、空間X射線科學探測等領(lǐng)域的實際需求，綜述相關(guān)的X射線反射式聚焦系統(tǒng)和其核心反射鏡元件的在線測試技術(shù)，尤其在上海同步輻射光源已經(jīng)開展的部分相關(guān)工作進展，涵蓋了空間X射線反射式聚焦系統(tǒng)中反射鏡元件的表面粗糙度、圓度誤差、斜率誤差、曲率誤差以及系統(tǒng)角分辨率和有效集光面積等重要參數(shù)的檢測。本文期望國內(nèi)空間X射線望遠鏡領(lǐng)域的重要光學元器件在未來能充分利用同步輻射或者X射線自由電子激光等大科學裝置平臺，實現(xiàn)精確的測量、表征和校正，顯著提升中國空間X射線聚焦望遠鏡的反射效率和空間角分辨率等性能，獲得更大的科學產(chǎn)出，同時推動中國X射線脈沖星計時導(dǎo)航技術(shù)在航天科技領(lǐng)域的工程應(yīng)用。

1 空間X射線聚焦光學系統(tǒng)

空間X射線聚焦光學系統(tǒng)是開展X射線脈沖星科學探測與計時導(dǎo)航的基礎(chǔ)元件。最常見的聚焦型X射線光學系統(tǒng)包括Wolter、K-B和龍蝦眼等類型的聚焦反射鏡。其中，Wolter型聚焦光學系統(tǒng)于1952年被提出［12］，由2個同軸共焦的旋轉(zhuǎn)拋物面和雙曲面構(gòu)成，主要包括Wolter-Ⅰ（2次內(nèi)反射）、Ⅱ（1次內(nèi)反射和1次外反射）、Ⅲ（2次外反射）3種類型，如圖1所示［1］。這類結(jié)構(gòu)具有消除色差、減少慧差，并增大數(shù)值孔徑等優(yōu)點。其中Wolter-I型望遠鏡系統(tǒng)因易于工程加工而獲得廣泛應(yīng)用。X射線以掠入射角入射到超光滑鏡片的內(nèi)表面，通過2次反射后將X射線聚焦在焦點處。龍蝦眼型聚焦反射鏡是1979年Angel［13］根據(jù)龍蝦的眼球方形結(jié)構(gòu)特性提出的一種用于X射線聚焦的光學系統(tǒng)，一般采用微通道板方孔陣列技術(shù)研制而成，其特殊的正交幾何結(jié)構(gòu)使其在各個方向的聚焦成像能力相同，是一種非常緊湊的光學設(shè)計，基本工作原理如圖2（a）［14］所示。目前國內(nèi)外具備研制該類光學系統(tǒng)的單位主要包括英國萊斯特大學、史密森天體物理學天文臺、捷克天文學研究所［15］、法國Photonis公司以及中國的北方夜視技術(shù)股份有限公司［16］、北京空間機電研究所等。圖2（b）為2015年美國首飛的軟X射線龍蝦眼型望遠鏡［17］。

圖1 Wolter型X射線系統(tǒng)原理示意圖［1］Fig. 1 Schematics of Wolter X-ray lenses［1］

圖2 龍蝦眼型望遠鏡的原理示意圖和首飛樣機Fig. 2 Lobster-eye soft X-ray lenses schematic of prin?ciple and first flight prototype

對于X射線脈沖星計時導(dǎo)航而言，多采用單次反射的聚焦光學系統(tǒng)，以提高反射效率，如中國的XPNAV-1，美國NASA的NICER望遠鏡和歐洲的水星探測器等均采用了單次反射光學系統(tǒng)。而對于空間科學探測而言，致力于脈沖星、黑洞等新發(fā)現(xiàn)，需采用2次反射光學系統(tǒng)，以提高成像質(zhì)量，比如最為著名的空間X射線望遠鏡之一的Chandra望遠鏡將高精度拋光加工的微晶玻璃進行多層嵌套，使有效面積達到約800 mm2@1 keV，實現(xiàn)了0.5″的角分辨率，至今未被超越。歐洲的XMM-Newton等望遠鏡采用電鑄鎳復(fù)制工藝路線的空間X射線反射鏡，實現(xiàn)了大面積和15″的角分辨率。隨著自適應(yīng)光學發(fā)展，新型X射線望遠鏡Lynx［18］目標追求與Chan?dra望遠鏡相當水平的角分辨率的情況下獲得其30倍的視場。在國內(nèi)，北京控制工程研究所已研制了三代X射線Wolter型聚焦系統(tǒng)，并實現(xiàn)了國內(nèi)首次在軌驗證，目前正在研制如圖3（a）所示的大面積多層嵌套的X射線掠入射聚焦望遠鏡。此外，同濟大學、中國科學院西安光學精密機械研究所、蘇州大學、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學等單位也開展了相關(guān)研究。

空間X射線聚焦反射鏡通常采用鎳、鋁［19］、玻璃、硅材料、碳纖維等材料［20］作為基底，然后在表面鍍金［11］、銥［16］、鉑等單層膜高反材料（見圖3（b））或Ir/B4C、Pt/B4C、W/Si、W/B4C、Ni/C等多層膜結(jié)構(gòu)［21］提升探測波段的反射效率，最終實現(xiàn)增大望遠鏡有效集光面積的目的。

圖3 嵌套式的Wolter-I型X射線望遠鏡示意圖Fig. 3 Sketch of the nested Wolter-I X-ray telescope

無論是空間科學探測，還是脈沖星計時導(dǎo)航，都依賴于空間X射線聚焦系統(tǒng)的性能。如引言所述，反射鏡面各種空間頻率的面形誤差和粗糙度都會嚴重影響望遠鏡的有效集光面積、空間分辨率和成像信噪比。因此，對X射線反射鏡內(nèi)表面進行全空間頻譜的面形誤差測量與表征就顯得尤為關(guān)鍵，尤其是模擬望遠鏡工況狀態(tài)的X射線在線測試。為了實現(xiàn)望遠鏡亞納米的粗糙度和亞微米的面形誤差測量精度，從而監(jiān)控并改善系統(tǒng)的反射效率和空間角分辨率，就亟需采用高準直度和單色光源進行測量與表征。近年來，同步輻射和X射線自由電子激光等大科學裝置蓬勃發(fā)展，并以其優(yōu)異特性，開始為空間望遠鏡的發(fā)展提供支撐。這類高亮度、高準直的X射線光束顯著地改善了X射線在線測試的信噪比和精度，其面形斜率誤差的表征精度最高可好于10 nrad，反射率測量重復(fù)性好于0.1%，可以將空間望遠鏡的表征能力提升到更高的水平。

2 在線面形檢測技術(shù)

在線面形檢測技術(shù)是寬空間頻率下評價一個反射鏡面形誤差的主要手段。其評價的面形參數(shù)包括常見的面形高度誤差、高度誤差的一次導(dǎo)數(shù)也就是面形的斜率誤差、高度誤差的二次導(dǎo)數(shù)也就是面形的曲率誤差，如圖4所示。部分在線測量技術(shù)不能直接測量反射鏡面形特性，而是通過測量反射光束的波前即波陣面特性來反映反射鏡面形特性，波前測量包括相位、斜率和曲率誤差3種，分別通過掠入射角關(guān)系正比于反射鏡的高度、斜率和曲率誤差。對于空間X射線聚焦系統(tǒng)中特殊的圓度誤差參數(shù)可以等效為弧矢方向的曲率誤差。本節(jié)主要介紹4種適用于空間X射線望遠鏡中大型反射鏡元件的在線面形測量技術(shù)。

圖4 反射鏡測試中高度、斜率和曲率的示意圖Fig. 4 Height， slope and curvature for a height profile of reflective mirror

2.1 細光束法

細光束法是目前同步輻射領(lǐng)域最常見的在線面形檢測技術(shù)，也是在空間X射線望遠鏡領(lǐng)域使用最早和最廣的測量技術(shù)。該方法的實驗搭建相對簡便，通過調(diào)整測試系統(tǒng)的幾何光學放大率和減小探測器像素尺寸可優(yōu)化測量精度，具有最高均方根約25 nrad的測量精度［22］。如圖5所示，通過限制光路中待測反射元件上游的狹縫尺寸產(chǎn)生的細束光束入射到反射鏡局部區(qū)域后經(jīng)過反射到達探測面，其相對于理論反射位置存在一個偏移，通過該偏移可計算出待測區(qū)域的面形斜率誤差。探測器可采用面探測器讀取光斑或者刀口掃描結(jié)合光強探測的方式。探測器的采樣分辨率和反射鏡到探測面的距離決定了該技術(shù)的角度分辨率。狹縫的衍射效應(yīng)會限制細束測量法的靈敏度，但對于空間望遠鏡這類尺度相對較大的反射鏡而言，這種影響較小。

圖5 水平方向和豎直方向下細束掃描光束在超環(huán)面鏡聚焦處的偏轉(zhuǎn)特性Fig. 5 Scheme of X-ray reflection from a toroidal mir?ror along horizontal and vertical directions

細光束法在空間X射線望遠鏡的校準領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。ASTRO-D望遠鏡利用日本ISAS光源在不同能量的單色光入射下實現(xiàn)校準，并測得系統(tǒng)的點擴散函數(shù)［23］。德國BESSY-Ⅱ同步輻射光源于2005年和2016年建立了2條X射線平行光束裝置（XPBF），可以提供高準直度（<2″）的光束用于X射線望遠鏡相關(guān)光學元件測量。束線的光斑尺寸可以在100 μm～5 mm間變化，以適應(yīng)不同口徑元件的測試要求。而細光束法也是這條束線主要提供的表征手段［10，24］。

國內(nèi)的同步輻射線站已廣泛利用該技術(shù)用于大尺度X射線反射鏡元件的測量。比如上海同步輻射光源微聚焦線站可以使用細光束法分別對700 mm長的超環(huán)面形聚焦鏡的子午和弧矢方向的面形斜率誤差進行測試。此鏡具有水平子午聚焦、豎直弧矢準直的特性。如圖5所示，鏡前的白光狹縫分別在2個方向限制入射光尺寸至20 μm，分別沿水平和豎直方向以2 μm的步長進行掃描，并利用鏡后的電離室探測器記錄掃描過程中的反射光強。通過比較測量光束與理論焦點位置的偏差Δx和Δz，可以計算反射鏡子午和弧矢2個方向的面形斜率誤差δl和δs，即

式中：q為反射鏡像距；θ為掠入射角。圖6顯示了反射鏡子午和弧矢方向的面形斜率誤差分布。

圖6 超環(huán)面形鏡在子午和弧矢的斜率誤差Fig. 6 Tangential and sagittal slope errors of toroidal mirror

由于同步輻射的大部分光束線站都具有較長的實驗平臺以及高精度的角度和線性調(diào)節(jié)機構(gòu)，配合亞微米精度的四刀狹縫就可以對各種不同尺寸和面形的X射線望遠鏡反射鏡面進行精確的細光束法測量。值得注意的是，對于非正交型的聚焦系統(tǒng)，如空間望遠鏡中典型的嵌套式二次旋轉(zhuǎn)曲面系統(tǒng)，四刀狹縫需要在2個方向同時限制光路，配合形成二維細束對元件進行二維掃描得到全光束區(qū)域的測量。這種情況下，細束掃描類似于哈特曼傳感器。

2.2 哈特曼波前傳感器法

夏克-哈特曼波前傳感器法，從原理上非常接近于細光束法，其先后使用完美入射波前和經(jīng)過待測元件后的變形波前分別通過二維微米尺度的小孔陣列，陣列將入射光束劃分為小光束陣列，并使用探測器記錄位置。對比有無像差下波前測量的每個小光束位置偏離?來獲得反射光束的局部波前斜率［25］，測試原理如圖7所示。通過調(diào)整小孔孔徑、數(shù)量和探測面至傳感器的距離，可以有效提升哈特曼波前檢測技術(shù)的測量靈敏度和精度。

圖7 夏克-哈特曼波前傳感器的原理示意圖［25］Fig. 7 Diagram of Shark-Hartmann wavefront sensor［25］

夏克-哈特曼波前傳感器法在空間望遠鏡表征中早有使用，但是主要基于實驗室可見光至深紫外［26-28］光源，對于大口徑望遠鏡的波前像差的修正起到了重要作用。最近空間望遠鏡的哈特曼傳感測量已經(jīng)拓展至X射線波段，2018年美國Goddard航天中心利用實驗室鋁特征線X射線光源對Wolter-I型反射鏡進行了哈特曼傳感測試，評價反射鏡系統(tǒng)的質(zhì)心變化以及各種調(diào)節(jié)姿態(tài)［29］。

雖然空間X射線望遠鏡的哈特曼傳感測量還沒有在同步輻射裝置使用，但是考慮其測試原理和目前已有的實驗室測量結(jié)果可知相關(guān)的推廣并沒有技術(shù)上的阻礙，而同步輻射光源也可以為哈特曼傳感技術(shù)提供更高的分辨能力和測試精度。目前基于同步輻射X射線的哈特曼傳感器已經(jīng)在許多同步輻射裝置得到發(fā)展。瑞士同步輻射光源的科學家利用哈特曼波前傳感器實現(xiàn)了壓彎型K-B鏡系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，利用基因算法最小化像差后獲得微米聚焦光斑［30-31］。Mercère等［31］在美國ALS同步輻射光源的光束線實現(xiàn)了波前的高精度檢測，在波長13.4 nm的入射波照明的情況下其波前測量精度達到均方根λ/120。他們還使用該技術(shù)對K-B聚焦鏡進行迭代校準，成功將6.8×9 μm2的焦斑壓縮到4×3 μm2。Idir在意大利SOLEIL光源使用該技術(shù)檢測并調(diào)節(jié)X射線自適應(yīng)光學元件，將其聚焦性能 從78 μm提 高 到 了17 μm［25］。FERMI和FLASH自由電子激光均利用基于哈特曼波前探測器對光束信息進行診斷，并可以進行在線反饋和聚焦系統(tǒng)調(diào)試。

哈特曼波前測量系統(tǒng)主要優(yōu)點在于魯棒性強、結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝，可用于測量帶有像差的光學平面或曲面以及實時控制自適應(yīng)可變形元件。在X射線低能段，這種方法的均方根測量精度可達亞納米量級，但在高能段，探測器的靈敏度、散粒噪聲和像素尺寸的不匹配都是需要克服的技術(shù)難點。對于絕對測量，哈特曼波前傳感器需要借助參考波進行校準，因此其準直過程會影響該方法測量精度。哈特曼傳感器相較于細光束法，其二維特性使得其在非正交型聚焦系統(tǒng)的校準和檢測有著較好的速度優(yōu)勢，不需要如細光束法那般進行掃描測量，但是傳感器的小孔孔徑和間距也不能如細光束法的狹縫一樣任意改變。

2.3 光柵干涉法

X射線光柵干涉儀是一種基于周期性光柵干涉特性的波前檢測裝置，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于X射線相位成像［32-33］、光學元件面形斜率檢測［34-35］、元件熱形變［36］和在線自適應(yīng)波前優(yōu)化［37］中。通過旋轉(zhuǎn)一維光柵或使用二維光柵，這種技術(shù)可以實現(xiàn)精確的二維面形測量［38］。

當單色X射線光入射具有π或π/2相移的周期性結(jié)構(gòu)物體后，其衍射光束在元件下游會發(fā)生干涉現(xiàn)象，并在其分數(shù)Talbot距離上產(chǎn)生高襯度的 自 成 像［39］，此 時Talbot距 離 滿 足d=mp12/（8λ），m為奇數(shù)，p1為衍射光柵的周期。使用面探測器記錄光柵調(diào)制后的條紋圖樣，通過測量條紋畸變和偏移就可以計算局部波前偏轉(zhuǎn)角度，再進行求和即可恢復(fù)整個波前。該方法的測量原理如圖8所示［40］。

圖8 光柵干涉儀實驗裝置示意圖 ［40］Fig. 8 Grating interferometer setup ［40］

當光束不具有顯著放大性時，為了提高探測器記錄的自成像分辨率，往往需要在探測器前放置一個吸收型的分析光柵，調(diào)制經(jīng)過相位光柵的自成像，并在探測器上形成莫爾條紋，輔助解析自成像的畸變，從而得到入射波前的波前畸變信息。莫爾條紋的周期選擇需要兼顧空間分辨率（更大的光柵周期）和角度靈敏度（更小的光柵周期）。瑞士PSI研究所的研究人員利用一組二維光柵產(chǎn)生莫爾條紋，如圖9所示［37］，在LCLS光源進行波前曲率測試。波前曲率滿足

圖9 二維相位光柵和分析光柵以及產(chǎn)生的莫爾條紋 ［37］Fig. 9 Two-dimensional phase grating， analyzer grat?ing， and Moiré fringes ［37］

式中：R0為理論曲率半徑；θm為莫爾條紋的傾斜角；2β為2個光柵間的夾角。利用這種技術(shù)可以達到好于λ/100的波前測量精度［41］。英國Dia?mond光源的研究人員廣泛使用這種二維光柵干涉儀表征菲涅耳波帶片元件的波前特性［42］和光束波前曲率［43］等。

光柵干涉儀所用的光柵加工精度要求很高且制作成本昂貴，2塊光柵的安裝和校準精度會影響最終的測量精度，于是利用光束幾何放大效應(yīng)發(fā)展的單光柵干涉儀被用來進一步簡化光柵干涉儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，成功檢測出大曲率納米光束的波前分布［44-45］。美國SLAC自由電子激光的研究人員利用單個光柵的Talbot效應(yīng)從軟X射線［46］到硬X射線對波前進行探測，檢測精度好于λ/100。由于此方案沒有使用吸收光柵，顯著提高了光子通量和脈沖探測效率。

歐洲ESRF光源的科學家還發(fā)展一種僅使用吸收光柵的結(jié)構(gòu)光檢測技術(shù)，如圖10（a）所示，可以直接精確檢測反射鏡的面形斜率誤差［47］。這種方法先假設(shè)鏡面為平面，利用面探測器檢測到的干涉條紋與根據(jù)幾何位置關(guān)系計算的條紋存在偏差，通過連續(xù)迭代的方法計算鏡面真實面形以逼近光束在鏡面上的實際坐標。其面形斜率的第n次迭代滿足

式中：第j條光束入射探測器的位置Yj=jp+2d0θ，p為像素尺寸，d0為鏡面到探測器距離；xj和yj為第j條光束入射到鏡面的位置坐標，xj隨著迭代過程不斷修正，最終重構(gòu)出真實反射鏡的面形特性，如圖10（b）所示［47］。

圖10 基于吸收光柵測量反射鏡的面形斜率誤差的光學設(shè)置和幾何傳播示意圖［47］Fig. 10 Sketch of a grating-based technique for determin?ing surface slope with an absorption grating， geo?metrical considerations for X-ray propagation ［47］

X射線光柵干涉技術(shù)在國內(nèi)也有著較好的技術(shù)儲備，中科院高能物理研究所和中國科學技術(shù)大學在相關(guān)理論和實驗上都進行了較多的研究［48］。同濟大學在光柵制備上也有多年的經(jīng)驗［49］。上海同步輻射光源的X射線成像及生物醫(yī)學應(yīng)用光束線利用X射線光柵實現(xiàn)了高分辨相襯成像和光束相干性測試等功能［50］。

基于光柵干涉的波前和鏡面檢測技術(shù)，具有快速測量和計算的優(yōu)勢，也對光束色差不敏感。其高測量精度以及良好的機械抗振性也是光學系統(tǒng)穩(wěn)定表征的重要優(yōu)勢。但是由于Talbot效應(yīng)的影響，限制了該方法裝置的靈活性。此外，光柵干涉儀測量得到的波前相位還存在相位纏繞的問題，需要額外的解纏處理。

光柵作為一種能譜儀裝置已經(jīng)在空間X射線望遠鏡中普遍使用，如Chandra望遠鏡的透射式光柵能譜儀和Newton-XMM天文臺的反射式光柵能譜儀［51］，但是其作為波前和面形檢測技術(shù)還未見相關(guān)記錄。作為可以實現(xiàn)快速二維波前檢測的技術(shù)，光柵干涉測量技術(shù)具有很高的測量精度，并可以滿足大曲率聚焦系統(tǒng)的測量需求，可以預(yù)見在未來具有很大的應(yīng)用潛力。

2.4 近場散斑法

Cerbino等在2008年的研究揭示了X射線近場散斑可以維持尺寸和形狀固定的特性［52］。隨后Bérujon和Morgan這2個團隊分別提出將X射線近場散斑作為波前標記物并進行相位信息檢測的散斑測量法［53-54］。其基本原理是傳輸中的X射線的波前變化會使近場的散斑圖樣產(chǎn)生相應(yīng)的畸變，通過記錄探測器上靜態(tài)散斑在不同像素間的變化可以重構(gòu)出光路中的波前畸變。這種技術(shù)很快也被應(yīng)用于X射線反射鏡的在線面形檢測［55］。

最常用的散斑測量法是追跡模式，分為“差分檢測”和“絕對檢測”2種實驗架構(gòu)，如圖11所示?！安罘謾z測”比較移入移出樣品后散斑的變化來實現(xiàn)待測樣品的相位重構(gòu)?！敖^對檢測”則通過移動探測器記錄不同位置下的2張散斑圖。對這2張圖中進行匹配計算散斑畸變，來定量分析波前分布。數(shù)字圖像相關(guān)算法（DIC）是計算散斑形變和偏移量的主要算法之一［56］。使用該算法對散斑追跡得到的2張散斑圖中局部感興趣區(qū)域（子集）進行匹配，得到散斑位移形變μx，z（如圖12所示［53］），再根據(jù)其與波前畸變之間的關(guān)系，即可提取出包含其中的局部波前斜率θx，z，即

圖11 散斑追跡技術(shù)的2種測量模式Fig. 11 Two measurement modes of X-ray speckle tracking technique

圖12 傳播過程中2張散斑圖的特定子集發(fā)生的位移 ［53］Fig. 12 Displacement of a specific subset in two speckle patterns ［53］

式中：W代表局部波前；p為探測器有效像素尺寸；ΔL為散射體到探測器的距離或探測器移動的距離。根據(jù)波前斜率和相位梯度之間的關(guān)系，可進一步重構(gòu)出樣品或波前的二維相位分布［57-58］。散射體的顆粒尺寸［59］、算法中的子集選擇［60］和光束的振動頻率和幅度［61］都決定了散斑追跡技術(shù)的精度和分辨率。由式（4）易知該方法的測量精度與μx，z成正比，而使用尋峰算法、迭代算法等可以將算法精度提高到亞像素量級。具有放大效應(yīng)的光路可以有效提升了該方法的測量精度［62］。上海同步輻射光源的微聚焦線站也成功利用這種技術(shù)得到了直通光束的二維斜率誤差分布，如圖13所示。

圖13 上海光源微聚焦線站直通光的水平和豎直波前斜率誤差Fig. 13 Horizontal and vertical wavefront slope error of direct beam at microfocus beamline of SSRF

為了提高散斑測量法的測量精度，Berujon等提出了散斑掃描測量法。散斑掃描測量法中用于計算散斑形變的散斑圖分別由不同掃描時刻下采集的散斑圖中對應(yīng)的像素行拼接而成，如圖14所示。原先每個散斑圖中的一維像素行被展寬成為了新的二維散斑圖。測量中納米精度的掃描步長替代了式（4）中亞微米級的像素尺寸，顯著提升了測量精度。

圖14 X射線散斑掃描測量后各散斑圖對應(yīng)像素行拼接成新的散斑圖Fig. 14 New speckle patterns stitched by specific raw in scanned speckle patterns

散斑掃描法具有高測量精度，但測量耗時較多。在反射鏡的面形測量中，往往采用一維掃描的辦法，而另一個方向保持散斑追跡測量的精度。這種快速一維高精度的散斑掃描測量法在X射線元件檢測和面形優(yōu)化中都得到了有效應(yīng)用［63-64］。一維散斑掃描測量又可以分為“前束流”和“后束流”2種實驗架構(gòu)［65］，如圖15所示。

圖15 2種一維散斑掃描測量示意圖 ［65］Fig. 15 Schematic diagram of two kinds of 1D speckle scanning measurement ［65］

“前束流”架構(gòu)通過掃描待測元件前的散射體，測量反射鏡的面形斜率。其測量原理與單光柵檢測技術(shù)類似，追蹤等間距的光束在散斑圖案中的偏移，利用迭代算法去逼近反射鏡的面形。該模式還被用于二維光學元件面形的直接檢測［66］。“后束流”架構(gòu)通過掃描安裝于待測元件焦點后的散射體，可測量探測器平面的局部波前曲率，因此更適用于光學元件的準直、優(yōu)化［67］和空間聚焦系統(tǒng)的圓度測量。對于由第i和第j行的散斑重新拼接成的2張新散斑圖，如計算得到的散斑位移為μ，則探測器平面的波前曲率半徑R可以表示為［67］

式中：s為掃描步長。這種波前曲率的檢測技術(shù)的一個重要應(yīng)用在于調(diào)控主動式變形元件。當反射鏡的局部曲率分布可以測量時，就可以通過調(diào)節(jié)對應(yīng)位置的促動元件來進行對應(yīng)波前的精確校正。上海同步輻射光源微聚焦線站對于壓電雙晶變形鏡進行了一系列的散斑掃描測試，利用迭代算法不斷調(diào)節(jié)壓電電壓，將反射鏡的等效面形誤差從均方根7 nm優(yōu)化好于1 nm［68］，并使用這種壓電變形鏡作為聚焦元件，經(jīng)過4次測量和調(diào)整的迭代之后，顯著抑制波前曲率的波動。優(yōu)化后的變形鏡的焦斑尺寸從43 μm被壓縮到了13 μm［69］，并在最近優(yōu)化到了4 μm以下。

除了上述的自相關(guān)散斑掃描技術(shù)，還有一種差分模式絕對測量的散斑掃描技術(shù)。就是分別記錄相同掃描過程下直通光束的散斑圖和經(jīng)過反射鏡反射的散斑圖，而通過比較直通光和反射光的重建散斑圖來計算相應(yīng)位置的鏡面斜率誤差。上海光源的科研人員利用該技術(shù)測得的鏡面斜率誤差與自相關(guān)模式的散斑掃描技術(shù)和離線NOM技術(shù)的結(jié)果具有較好的吻合性［70］，如圖16所示。

圖16 利用差分散斑掃描技術(shù)絕對測量的面形斜率誤差與其他測量技術(shù)的比較 ［70］Fig. 16 Comparison of surface slope error measured by differential speckle scanning technique and by other measurement techniques ［70］

散斑掃描技術(shù)具有單納弧度的超高角度靈敏度。由于用作散射體的材料可以是常見的砂紙，成本遠低于制作昂貴的光柵，近年來在波前和面形檢測領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。近場散斑技術(shù)對光源相干性和通量要求不高，也可以應(yīng)用于實驗室光源中［71-72］。基于近場散斑的檢測技術(shù)雖然還未有在空間X射線望遠鏡領(lǐng)域應(yīng)用的先例，但是無論從裝置建立還是考慮測試速度和精度，都具備大尺度反射鏡或光學系統(tǒng)表征的潛力。

2.5 小 結(jié)

綜合上述2.1～2.4節(jié)描述的各種波前表征技術(shù)，通過表1來比較不同在線檢測技術(shù)優(yōu)缺點。從測量精度而言，細光束和哈特曼波前傳感器法并不能獲得比離線檢測（<20 nrad）更好的角度測量精度，但對于空間X射線望遠鏡這樣的大尺度反射鏡系統(tǒng)而言，快速、靈活和穩(wěn)定的在線檢測是優(yōu)先考慮的。正由于此，細光束和哈特曼波前傳感器法已經(jīng)在空間X射線的表征中得到了廣泛的應(yīng)用。光柵干涉和近場散斑技術(shù)目前還未見于空間X射線反射元件的在線表征，原因主要在于：① 這2種基于同步輻射的檢測技術(shù)的發(fā)展相對于空間X射線元件的發(fā)展周期而言時間較短，主要的技術(shù)發(fā)展在于近10年，還未能及時應(yīng)用；② 目前空間X射線元件的加工和裝配精度還遠未達到極限，對于較高測量精度的要求尚不迫切。不過隨著未來主動式的望遠鏡系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，需要檢測技術(shù)具備曲率誤差或圓度誤差的檢測能力，這是目前使用的離線和在線檢測技術(shù)所不能實現(xiàn)的，所以具備大曲率誤差檢測能力的光柵干涉和近場散斑技術(shù)將是未來此領(lǐng)域具有潛力的重要技術(shù)手段。而隨著望遠鏡的反射鏡加工要求日益提升，具備更高測量精度的在線技術(shù)也必將得到重視。

表1 不同在線檢測技術(shù)的比較Table 1 Comparison of different at-wavelength metrologies

3 在線成像和校準技術(shù)

對于空間X射線望遠鏡而言，光學元件往往以系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。在這種情況下，僅僅對于單一反射鏡進行面形測試顯得并不充分。由于系統(tǒng)校準需要高強度的準直X射線光束，這使得利用同步輻射光源進行望遠鏡整體系統(tǒng)的性能測試和校準實現(xiàn)就顯得非常必要。早在20世紀90年代初，德國PTB實驗室基于BESSY同步輻射的校準源裝置就被成功運用于太陽能子午觀測站（SOHO）的設(shè)備校準［9］。從1994年至今，PTB實驗室發(fā)展了包括光子成像、極紫外成像、廣角成像、自動準直能譜、X射線光度計等一系列的裝置，服務(wù)于SOHO、Chandra、PROBA-Ⅱ、CORONAS等一系列歐洲和北美的重大空間科學任務(wù)［73］。

類似的工作也在日本的同步輻射光源進行。日本X射線空間衛(wèi)星ASTRO-H具有4個X射線望遠鏡系統(tǒng)，包含2個軟X射線（0.3～5 keV）和2個 硬X射線（5～80 keV）成像望遠鏡［74］。其中硬X射線成像望遠鏡采用緊密嵌套的圓錐薄箔構(gòu)成Wolter-Ⅰ系統(tǒng)，反射表面鍍制Pt/C梯度多層膜。為獲得更好的成像結(jié)果，需要通過壓電電機驅(qū)動松緊軸向的螺絲來精確調(diào)節(jié)支撐薄箔的定位桿的位置以獲得完美的圓度。相關(guān)的校準實驗在日本SPring-8同步輻射光源的BL20B2線站進行。圖17（a）展示了對準實驗前后X射線成像的優(yōu)化情況，因定位桿位置失配（圖17（b））產(chǎn)生的成像誤差被顯著改善。

圖17 X射線望遠鏡裝置以及在線調(diào)節(jié)［74］Fig. 17 X-ray telescope and in?situ tuning［74］

利用單色硬X射線照射望遠鏡，通過高分辨率成像儀可以采集系統(tǒng)整體或者局部的聚焦圖像。用細束X射線照射望遠鏡局部，并通過望遠鏡下的調(diào)節(jié)電機移動實現(xiàn)整個望遠鏡孔徑區(qū)域的二維掃描，最終可以拼接獲得整個孔徑內(nèi)的聚焦光斑，并可以獲得點擴展函數(shù)和局部光學特性［76］。整個調(diào)節(jié)和探測平臺裝置如圖18所示。

圖18 X射線望遠鏡的調(diào)節(jié)和探測平臺［75］Fig. 18 Manipulator and detector stages for hard X-ray telescope［75］

對于多層膜Wolter-I型望遠鏡系統(tǒng)，Spiga等同樣利用BL20B2線站在15～63 keV的單色光條件下在全場成像中引入細光束技術(shù)（見圖19［75］）以克服準直過程中部分光束未能二次反射的問題，從而準確測量有效面積和角分辨率，得到系統(tǒng)的半能量帶寬（HEW）好于20″［76］。

圖19 全場成像中丟失二次反射的情況和利用細光束入射并傾斜修正光源 ［76］Fig. 19 Rays miss the second reflection with full illumi?nation and lateral tilt corrects the effect of the source with pencil beam setup ［76］

2020年西班牙ALBA同步輻射光源在歐洲航天局的支持下開始建造一條全新的計量光束線MINERVA，用于支持ATHENA高能天體物理學望遠鏡任務(wù)［77］。這條光束線提供1 keV的固定能量和好于1″（RMS）殘余發(fā)散的準直性。該光束線將與BESSY-II的XPBF一樣，可以提供細光束測量和系統(tǒng)成像實驗。

如表2所示，在歐洲和日本多個同步輻射光源已經(jīng)為空間X射線望遠鏡建造了專用的光束線站，并利用細光束掃描和成像技術(shù)對望遠鏡系統(tǒng)進行準直調(diào)試和聚焦性能表征。中國在相關(guān)領(lǐng)域起步雖晚，但近年來在空間X射線望遠鏡領(lǐng)域發(fā)展迅速，恰逢目前國家同步輻射光源為代表的大科學裝置也在上海、北京、合肥和廣東等地拔地而起，兩大重大科技裝置在此刻相逢，完全有可能通過相互的合作借鑒，來推動中國X射線光學元件領(lǐng)域的發(fā)展。

表2 目前國際上可用于空間望遠鏡校準檢測的光束線Table 1 Beamlines used for calibration testing of X-ray space telescope in the world

4 反射率測量技術(shù)

空間X射線的有效集光面積為幾何集光面積和鏡面反射率的乘積。實現(xiàn)反射鏡的高反射率是空間X射線望遠鏡獲得大有效集光面積的關(guān)鍵。對于空間X射線觀測，鏡面表面需鍍制金屬單層膜［11］、周期多層膜甚至非周期多層膜［78］以獲得高的反射率和較寬入射角和能量范圍。鍍膜材料的選取取決于望遠鏡工作的X射線能段和功能需求。相比于前幾節(jié)討論的反射鏡面形誤差的表征技術(shù)，反射率計量需要考慮反射鏡的高頻表面粗糙度，這種粗糙度通過Nevot-Croce因子或Debye-Waller因子［79］的形式來減小理論的反射率。對于超光滑表面一般Nevot-Croce因子更為精確。界表面寬度包含粗糙度和界表面擴散2部分，對于反射測試而言無法分辨兩者。但是對于單層膜而言，通常直接用表面寬度等效作為表面粗糙度。高頻粗糙度除了降低鏡向方向的反射光通量，其產(chǎn)生的隨機漫散射也會對于望遠鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量形成顯著的衰減［80］。反射率或者散射光計量包括單一反射鏡元件測量和整個反射式系統(tǒng)的通量計量。

反射鏡的反射率計量測試是同步輻射光束線非常悠久的功能，如德國BESSY-Ⅱ光源、日本SAGA光源、中國的北京同步輻射光源和合肥同步輻射光源等都有特定波段范圍的專用反射率計量光束線。整個測試過程中反射鏡的掠入射角和探測器角度保持θ～2θ聯(lián)動。相比實驗室光源的能量只能切換少數(shù)轟擊靶材Cu、Mo、Al、C等元素特征線，同步輻射裝置具有連續(xù)可調(diào)的能量，便利性顯著增加，不但可以定能量進行角度掃描，更可以在望遠鏡的工作波段附近進行定角度的波長掃描。同時，高亮度的同步輻射光束也使得反射率測試時間大大縮短，測試曲線具有更高的信噪比，并在更大的掠入射角獲得清晰的干涉峰形，便于反射膜系的擬合計算。

日本SPring-8光源BL01B1線站的科研人員對ASTRO-H軟X射線望遠鏡的金反射膜進行了反射率測試［81］，獲得11.2～15.4 keV下鍍膜精確的原子散射因子。印度的科研人員利用In?dus-1光源在155～290 eV范圍內(nèi)對于ASTROSAT望遠鏡的金反射膜進行了反射率測試［82］。北京控制工程研究所利用北京同步輻射4B7B光束線對于脈沖星探測器的核心嵌套掠入射光學系統(tǒng)的每層鍍金反射鏡進行了反射率測量［11］，如圖20所示?；趯崪y反射率得到光學系統(tǒng)有效面積為13.2 cm2@1 keV。

圖20 4塊金反射鏡的掠入射反射率測試曲線［11］Fig. 20 Grazing-incidence reflectivity curves for four gold reflective mirrors［11］

相對于單層反射膜的測量，多層反射膜尤其是非周期多層膜的膜系結(jié)構(gòu)的表征較為復(fù)雜，也更加需要類似同步輻射光束這樣的高亮度光束進行大范圍的角度或能量掃描，以獲得更多的布拉格反射峰，以獲得精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

德國BESSY-Ⅱ光源的PTB線站被用來測量ATHENA望遠鏡系統(tǒng)中的微孔硅反射鏡上鍍制的Ir/B4C多層膜在2～10 keV下的反射率曲線以及研究各種B4C基多層膜的長時老化性能［83］。歐洲的HEFT和Con-X HXT硬X射線望遠鏡的反射膜是深度方向梯度厚度變化的非周期，每組反射鏡的周期厚度從約3 nm變化到超過10 nm，這樣的反射鏡目標實現(xiàn)18～170 keV的寬帶高反射率［84］?？蒲腥藛T利用歐洲ESRF光源的BM5和ID15A光束線進行定能量的角度聯(lián)動掃描實驗，并利用擬合得到的膜層結(jié)構(gòu)推演出最終的全能量范圍的反射率曲線，如圖21所示［84］。

圖21 反射鏡的模擬和測試的掠入射反射率曲線［84］］Fig. 21 Simulated and measured grazing-incidence re?flectivity curves of mirrors［84］

除了傳統(tǒng)的反射率計量，非鏡向方向的漫散射測量也是表征反射鏡粗糙面形特性的重要手段，利用搖擺曲線掃描、探測器掃描、偏移量掃描等面內(nèi)探測技術(shù)以及其他面外掃描技術(shù)可以從反射率測試中擬合計算出的界面寬度中提取出真實的界表面粗糙度信息［85-86］。近年來X射線漫散射測量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于各種大尺度單層膜或多層膜反射元件的界表面粗糙度信息表征，并已經(jīng)應(yīng)用于空間X射線望遠鏡的表征中，作為反射率計量的有力補充［87］。

目前中國同步輻射裝置布局涵蓋了軟X射線——合肥同步輻射光源、中能X射線——上海同步輻射光源和高能X射線——北京同步輻射光源，包含了幾乎整個空間X射線望遠鏡可能的工作波段。對于具有能量可調(diào)光源且實驗室配備衍射儀裝置的線站幾乎都可以提供元件的反射率以及漫散射測量功能。因此，目前同步輻射裝置對于空間X射線望遠鏡的反射率計量的需求而言已經(jīng)是非常完備的。

5 結(jié)論

同步輻射和X射線自由電子激光是迄今能產(chǎn)生高相干性和最高亮度的X射線光源裝置，這種X射線光束可以為各種X射線元件提供一個在線檢測的重要平臺。相比傳統(tǒng)的離線光學檢測技術(shù)，在線檢測可以更加靈活地進行X射線工況條件下的元件或者系統(tǒng)性能檢測，并可以模擬重力、夾持、裝調(diào)和熱形變等各種因素的影響。本文簡述了目前同步輻射領(lǐng)域常用的多種在線波前或面形檢測技術(shù)，包括細光束、哈特曼波前傳感器、光柵干涉以及近場散斑技術(shù)，以及對于望遠鏡系統(tǒng)的集成校準測試和反射率測量技術(shù)。目前國內(nèi)在同步輻射上檢測空間X射線望遠鏡系統(tǒng)或元件的案例還不多。同步輻射等大科學裝置相比傳統(tǒng)的可見光離線測量和實驗室X射線光源測量，具備可調(diào)波長、高準直性、高亮度、短脈沖，大工作距離等優(yōu)勢，非常適合對于空間望遠鏡這類大尺寸和復(fù)雜集成系統(tǒng)的在線波前和通量測量。新型同步輻射光源可以提供望遠鏡發(fā)射之前進行全面模擬的診斷平臺，其優(yōu)質(zhì)的光束和先進的表征技術(shù)將為望遠鏡整體質(zhì)量的提升提供保障。通過相關(guān)領(lǐng)域的交叉融合，有望在未來10～20年內(nèi)大力促進空間X射線望遠鏡元件的蓬勃發(fā)展。