[发明专利]一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法

说明书

本发明及一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器；基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。本发明的有益效果是可以实现X射线频率和能量两个维度上的调制，极大提高了弱信号的识别能力，具有创新性和实用性，为X射线通信工程实现提供技术支撑。

技术领域

本发明属于空间X射线通信技术领域，具体涉及一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法。

背景技术

航天技术把人类活动的领域拓展到了地球外层空间，使得人类认知和利用外层空间的能力与手段发生了质的飞跃。进入21世纪，国际上以临近空间开发和载人航天为目的的航天活动日益活跃，发展临近空间开发和载人航天载体的高速/再入飞行器是世界各国竞争的战略制高点，“黑障”问题导致高速/再入飞行器不能实现随时随地的测控、通信和导航，严重制约了高速飞行器的发展和空间资源的开发利用。因此，黑障问题重新成为各航天技术研究的焦点。基于此背景科学家们提出了利用X射线作为信号载体进行黑障阶段的通信，并开展了一系列实验研究。

2007年，NASA的Keith博士提出X射线通信的概念并提出基于紫外LED与单光子探测器的验证方案。2011年，斯坦福大学的Kealhofer等人提出了一种利用飞秒激光脉冲打击纳米尺寸尖端的X射线通信方法，对X射线发射源进行优化研究，2016年，NASA公布了可用于调制X射线源的Navcube计算平台，并计划2018年在国际空间站上实现X射线通信演示验证实验。2011年中科院西安光机所提出了基于栅控X射线管与单光子探测器的空间X射线通信方案，并与2013年实现了实验室验证。2015年，同济大学王占山等对X射线多层膜的反射机理进行了深入地研究。同年，西安光机所研制了可用于X射线通信收发天线的多层嵌套式X射线聚焦光学，实现了10m真空管道的语音通信实验，通信速率可达240kbps。此外，西安电子科技大学许录平等人提出了一种基于X射线圆偏振光通信的潜在应用可能。自由空间X射线通信这一概念被提出后，各类研究机构与人员在核心元器件(包括X射线模拟源、探测接收装置及X聚焦光学等)方面开展了大量研究并取得了一定的成果。然而，上述研究仅限于实验室研究阶段，无法满足实际工程应用需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置及方法，目的是可以实现X射线频率和能量两个维度上的调制，极大提高了弱信号的识别能力，为X射线通信工程实现提供技术支撑。

本发明的技术方案为：

一种基于X射线光子能量的频率键控调制装置，包括激光编码模块和基于X射线光子能量的频率键控调制模块，所述激光编码模块包括产生激光的激光器、与激光器连接的偏振编码器；基于X射线光子能量的频率键控调制模块包括与偏振编码器输出端连接的偏振分束器，所述偏振分束器的一输出端与光阴极B、阳极靶B依次连接，所述偏振分束器的另一输出端与保偏反射镜、光阴极A、阳极靶A依次连接。

与现有技术相比，本申请利用偏振编码器将激光调制成沿X方向和Y方向的两个分量，两个分量产生相位差，输出信号的偏振态发生变化，实现激光偏振编码；每个偏振态每个偏振态对应一个能够产生特定能谱的X射线源，然后通过控制激光的偏振态实现X射线信号源能谱的调制。

进一步地，所述偏振编码器包括偏振控制器、与偏振控制器输出端连接相位调制器、及控制相位调制器的可编程发生器。

本发明还公开了一种基于X射线光子能量的频率键控调制方法，包括以下步骤，

步骤1、激光偏振编码；激光经激光编码器进行激光相位调制，将激光分解为相互垂直的两个偏振态；