用于 X 射线与伽马射线天文的相位菲涅尔透镜研制

原则上，衍射光学特别是相位菲涅尔透镜（PFLs），能够提供构建大型、衍射受限且高效的 X 射线/$\gamma$ 射线望远镜的能力，从而显著改善角分辨率和光子通量灵敏度。由于衍射极限随光子能量升高而改善，伽马射线天文将在整个电磁波谱中提供最佳角分辨率。若能构建米级尺寸的 PFLs，将实现源灵敏度的重大提升，因为这些光学元件的整个面积都能聚焦光子。我们利用马里兰大学的微机电系统（MEMS）制造技术制作了小型原型 PFLs，并在 GSFC 600 米干涉测量试验台上使用 8 keV 及更高能 X 射线测得近衍射极限性能与高效率。第一代 8 keV PFL 已展示出对应约 20 毫角秒角分辨率的成像，效率达理论预期的 $\sim$70$\%$。结果表明，基于 PFL 的光学元件在 X 射线/$\gamma$ 射线能段具有优越成像潜力，且格式可扩展用于天文仪器。基于该 PFL 研制，我们还制作了一个“原理验证”折射-衍射消色差透镜，初步测量显示其在宽能段具有近乎一致的成像性能。这些结果表明衍射光学固有的色差可被缓解。