定腔长外腔振荡激光光子推进推力特性
发布时间：2021-10-11 05:49
激光光子推进是利用腔内振荡激光在腔壁上形成的光压力实现推进的一种新型空间推进技术。激光参数是影响激光光子推进性能的重要因素。基于固定腔参数研究激光注入功率对推力性能的影响,建立外腔振荡式激光光子推进理论模式,并构建Herriott型振荡腔仿真分析推力性能,采用近红外连续激光注入高反射率球面反射腔,实现20次左右的外腔注入激光光子振荡,测量一端固定腔壁上所形成的光压力,将仿真结果与实验结果对比,进行激光光子推进推力特性的分析,分析结果表明:腔长为110 mm的固定腔内,808 nm激光经过21次的振荡,产生1. 98μN的推力,推力功率比为0. 05μN/W,理论与实验一致性较好。
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
随时间变化的光斑分布
根据理论分析与仿真结果，进行实验验证。将连续激光从预设孔径射入光学振荡腔，光子流在两面全反射镜间多次反射直至能量衰减完全或从腔内逸出，每面反射镜表面都受到了多次激光辐照，同时由于连续激光的持续补充，单位时间内每面反射镜表面的作用力的积分是一个常值，即合力保持不变。通过将反射镜M2垂直加载到电子天平的托盘上，合力的变化表现为重力的变化，通过读取天平的质量数可以换算得到推力的数值。推力测量实验装置示意图如图2所示。激光注入装置为光纤耦合输出半导体激光器，配合光束准直器、导轨、手动旋转台和附加光学器件，用于加载连续激光和改变激光注入光学振荡腔的入射角度。激光器为长春新产业光电技术有限公司研制的型号为FC-W-808H的连续光纤激光器，FC-W-808H激光器的波长为808 nm，可选功率为0～100W，光纤芯径为400μm，光纤数值孔径为0.22 NA，光纤连接头为SMA905。光束准直器为THORLABS公司SMA905系列的定焦准直器，型号为F220SMA-780，对于808 nm波段的光，增透膜透过率高于99.7%，光束直径为2.1 mm，发散角为0.028 730 6°，数值孔径0.26 NA，焦距11.07 mm。腔镜采用THORLABS公司生产的带有保护层的金膜反射镜构成光学振荡腔，采用离轴开孔的反射镜，焦距200 mm，平均反射率98.5%以上，直径50.8 mm。测量天平采用梅特勒-托利多超越系列专业型XSE105DU电子天平，最大称量值(精细量程)41 g，可读性(精细量程)0.01 mg。实验装置实物如图3所示，箭头线代表的是激光传输方向。
激光注入装置为光纤耦合输出半导体激光器，配合光束准直器、导轨、手动旋转台和附加光学器件，用于加载连续激光和改变激光注入光学振荡腔的入射角度。激光器为长春新产业光电技术有限公司研制的型号为FC-W-808H的连续光纤激光器，FC-W-808H激光器的波长为808 nm，可选功率为0～100W，光纤芯径为400μm，光纤数值孔径为0.22 NA，光纤连接头为SMA905。光束准直器为THORLABS公司SMA905系列的定焦准直器，型号为F220SMA-780，对于808 nm波段的光，增透膜透过率高于99.7%，光束直径为2.1 mm，发散角为0.028 730 6°，数值孔径0.26 NA，焦距11.07 mm。腔镜采用THORLABS公司生产的带有保护层的金膜反射镜构成光学振荡腔，采用离轴开孔的反射镜，焦距200 mm，平均反射率98.5%以上，直径50.8 mm。测量天平采用梅特勒-托利多超越系列专业型XSE105DU电子天平，最大称量值(精细量程)41 g，可读性(精细量程)0.01 mg。实验装置实物如图3所示，箭头线代表的是激光传输方向。5 结果对比分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]LD泵浦Yb∶YAG固体激光器研究进展[J]. 王斯琦,李永亮,李仕明,白冲冲,王渊博,雷雨. 激光与红外. 2018(01)
[2]外腔振荡式激光光子推进的推力放大特性仿真研究[J]. 黄钦,叶继飞,金星. 红外与激光工程. 2017(S1)
[3]微小卫星发展的若干思考[J]. 李明. 航天器工程. 2016(06)
[4]新型光学长程吸收池的仿真设计研究[J]. 王哲强,谢珊珊,李劲松. 大学物理实验. 2016(03)
[5]电推进——空间推进技术的革命[J]. 张敏,杭观荣. 中国航天. 2016(02)
[6]国外空间推进技术现状和发展趋势[J]. 杭观荣,洪鑫,康小录. 火箭推进. 2013(05)
[7]微推力测量方法及其关键问题分析[J]. 洪延姬,周伟静,王广宇. 航空学报. 2013(10)
[8]基于Herriott型长程池的光学设计的研究[J]. 杨牧,李传亮,魏计林. 量子光学学报. 2013(02)
[9]发展中的激光推进[J]. 洪延姬,李修乾,窦志国. 推进技术. 2009(04)
[10]光子推进及其可行性分析[J]. 周朴,侯静,刘泽金,赵伊君. 红外与激光工程. 2007(06)
本文编号：3429909
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
随时间变化的光斑分布
根据理论分析与仿真结果，进行实验验证。将连续激光从预设孔径射入光学振荡腔，光子流在两面全反射镜间多次反射直至能量衰减完全或从腔内逸出，每面反射镜表面都受到了多次激光辐照，同时由于连续激光的持续补充，单位时间内每面反射镜表面的作用力的积分是一个常值，即合力保持不变。通过将反射镜M2垂直加载到电子天平的托盘上，合力的变化表现为重力的变化，通过读取天平的质量数可以换算得到推力的数值。推力测量实验装置示意图如图2所示。激光注入装置为光纤耦合输出半导体激光器，配合光束准直器、导轨、手动旋转台和附加光学器件，用于加载连续激光和改变激光注入光学振荡腔的入射角度。激光器为长春新产业光电技术有限公司研制的型号为FC-W-808H的连续光纤激光器，FC-W-808H激光器的波长为808 nm，可选功率为0～100W，光纤芯径为400μm，光纤数值孔径为0.22 NA，光纤连接头为SMA905。光束准直器为THORLABS公司SMA905系列的定焦准直器，型号为F220SMA-780，对于808 nm波段的光，增透膜透过率高于99.7%，光束直径为2.1 mm，发散角为0.028 730 6°，数值孔径0.26 NA，焦距11.07 mm。腔镜采用THORLABS公司生产的带有保护层的金膜反射镜构成光学振荡腔，采用离轴开孔的反射镜，焦距200 mm，平均反射率98.5%以上，直径50.8 mm。测量天平采用梅特勒-托利多超越系列专业型XSE105DU电子天平，最大称量值(精细量程)41 g，可读性(精细量程)0.01 mg。实验装置实物如图3所示，箭头线代表的是激光传输方向。
激光注入装置为光纤耦合输出半导体激光器，配合光束准直器、导轨、手动旋转台和附加光学器件，用于加载连续激光和改变激光注入光学振荡腔的入射角度。激光器为长春新产业光电技术有限公司研制的型号为FC-W-808H的连续光纤激光器，FC-W-808H激光器的波长为808 nm，可选功率为0～100W，光纤芯径为400μm，光纤数值孔径为0.22 NA，光纤连接头为SMA905。光束准直器为THORLABS公司SMA905系列的定焦准直器，型号为F220SMA-780，对于808 nm波段的光，增透膜透过率高于99.7%，光束直径为2.1 mm，发散角为0.028 730 6°，数值孔径0.26 NA，焦距11.07 mm。腔镜采用THORLABS公司生产的带有保护层的金膜反射镜构成光学振荡腔，采用离轴开孔的反射镜，焦距200 mm，平均反射率98.5%以上，直径50.8 mm。测量天平采用梅特勒-托利多超越系列专业型XSE105DU电子天平，最大称量值(精细量程)41 g，可读性(精细量程)0.01 mg。实验装置实物如图3所示，箭头线代表的是激光传输方向。5 结果对比分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]LD泵浦Yb∶YAG固体激光器研究进展[J]. 王斯琦,李永亮,李仕明,白冲冲,王渊博,雷雨. 激光与红外. 2018(01)
[2]外腔振荡式激光光子推进的推力放大特性仿真研究[J]. 黄钦,叶继飞,金星. 红外与激光工程. 2017(S1)
[3]微小卫星发展的若干思考[J]. 李明. 航天器工程. 2016(06)
[4]新型光学长程吸收池的仿真设计研究[J]. 王哲强,谢珊珊,李劲松. 大学物理实验. 2016(03)
[5]电推进——空间推进技术的革命[J]. 张敏,杭观荣. 中国航天. 2016(02)
[6]国外空间推进技术现状和发展趋势[J]. 杭观荣,洪鑫,康小录. 火箭推进. 2013(05)
[7]微推力测量方法及其关键问题分析[J]. 洪延姬,周伟静,王广宇. 航空学报. 2013(10)
[8]基于Herriott型长程池的光学设计的研究[J]. 杨牧,李传亮,魏计林. 量子光学学报. 2013(02)
[9]发展中的激光推进[J]. 洪延姬,李修乾,窦志国. 推进技术. 2009(04)
[10]光子推进及其可行性分析[J]. 周朴,侯静,刘泽金,赵伊君. 红外与激光工程. 2007(06)
本文编号：3429909
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