硅孔光学（Silicon Pore Optics，SPO）是一种面向新一代空间X射线望远镜的轻量化聚焦光学技术，具有大有效面积、模块化集成等优势，已被应用于欧洲空间局NewAthena X射线天文台的光学系统设计。SPO通过对超抛光硅片进行加工、弯曲及堆叠，形成大量具有掠入射反射功能的微孔结构，实现X射线的两次反射聚焦。然而，由于SPO光学系统包含大量微孔及多级镜组，几何结构复杂，早期的仿真工作采用代表性微孔近似开展镜组性能计算，难以充分表征不同微孔之间的几何差异及其对光子传播的影响，可能导致点扩散函数（PSF）的预测结果存在一定偏差。
本文基于蒙特卡罗模拟的高能粒子仿真工具Geant4，开展了SPO光学系统的精细几何建模与X射线聚焦性能仿真研究，将镜头结构模型细化到单孔级，大大减少模型结构带来的误差。首先，根据SPO的基本结构与光学设计参数，建立单块硅片及其微孔阵列的几何模型。在此基础上，通过多层硅片堆叠构建具有曲面反射结构的SPO镜组，并进一步建立镜组模块（Mirror Module）的几何模型。根据NewAthena光学系统的环形排列形式，完成内环镜组的几何配置，实现由单块硅片、堆叠结构到镜组模块的逐级建模。该模型能够描述微孔及镜组的空间几何关系，为后续开展复杂光学结构的光子追迹提供基础。
利用Geant4工具，设置X射线光子源与入射条件，模拟光子在SPO微孔结构中的传播及掠入射反射过程，记录光子在焦平面上的位置分布，并分析系统的聚焦成像特性。针对内环镜组，获得了X射线光子追迹结果及焦面点扩散函数，进一步计算了径向包围光子数分数随焦面半径的变化关系。初步仿真结果表明，在所采用的模拟条件下，内环镜组的聚焦效率约为37%，50%包围光子数对应的角半径约为4″，反映了该镜组的X射线聚焦能力。上述结果为进一步评价SPO光学系统的角分辨率及有效面积提供了基础。
此外，SPO镜片的曲率分布及镜组几何构型可能影响焦面光斑形态与离轴成像性能。基于所建立的精细几何模型，后续可进一步研究不同环形镜组、光子能量及离轴角条件下的聚焦特性，并结合独立光学计算结果开展模型验证。
本研究建立了基于Geant4的SPO精细几何建模方法，完成了内环镜组的初步X射线聚焦仿真，获得了焦面PSF及包围光子数分布。相关研究为复杂SPO光学系统的性能分析及空间X射线望远镜的光学设计提供了仿真基础。

X射线,SPO,硅孔光学