基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置及方法
【專利摘要】基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置及方法，涉及一種實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的裝置及利用該裝置實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的方法。所述裝置沿光束傳播方向依次設(shè)置有泵浦系統(tǒng)、二色鏡、激光增益介質(zhì)、高反鏡和推進(jìn)物體，推進(jìn)物體與高反鏡固定在一起，泵浦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)上。所述方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：構(gòu)建包含增益介質(zhì)的光學(xué)諧振腔，利用諧振腔對光子的反饋?zhàn)饔脤?shí)現(xiàn)對推進(jìn)物體的往返多次光壓效果，利用受激增益介質(zhì)對光子的放大作用實(shí)現(xiàn)光子微推力的放大和推進(jìn)效率的提高。本發(fā)明能夠大幅度降低微推進(jìn)所需激光功率，并能大幅度提高推進(jìn)效率，便于基于有源諧振腔的激光光子微推進(jìn)技術(shù)的工程應(yīng)用。
【專利說明】基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的裝置及利用該裝置實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，微小衛(wèi)星的編隊(duì)飛行技術(shù)已成為熱門話題之一。但傳統(tǒng)的微推進(jìn)技術(shù)，例如化學(xué)微推進(jìn)技術(shù)、冷氣微推進(jìn)技術(shù)和電微推進(jìn)技術(shù)等已無法完全滿足越來越精確的軌道調(diào)整、機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制等任務(wù)。激光光子微推進(jìn)是一種具有高比沖的新型微推進(jìn)方式，可望應(yīng)用于微小衛(wèi)星編隊(duì)飛行中的精確軌道調(diào)整、機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制等任務(wù)中，但傳統(tǒng)激光光子采用單次推進(jìn)的方式，所需激光功率過高，推進(jìn)效率低，在現(xiàn)階段并不可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決激光光子單次微推進(jìn)技術(shù)所需激光功率高、推進(jìn)效率低的問題，本發(fā)明提供了一種基于有源諧振腔的新型光子微推進(jìn)裝置及利用該裝置實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的方法。本發(fā)明適用于所需最小推力在μN(yùn)量級的場合。
[0004]一種基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，沿光束傳播方向依次設(shè)置有泵浦系統(tǒng)、二色鏡、激光增益介質(zhì)、高反鏡和推進(jìn)物體，所述二色鏡和高反鏡組成諧振腔，二色鏡靠近泵浦系統(tǒng)的一側(cè)鍍對泵浦光的增透膜，另一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜，高反鏡靠近激光增益介質(zhì)的一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜，推進(jìn)物體與高反鏡固定在一起，泵浦系統(tǒng)、二色鏡和激光增益介質(zhì)緊湊同軸放置，且滿足泵浦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)上。
[0005]一種基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一、構(gòu)建由二色鏡和高反鏡兩片光學(xué)鏡片組成的諧振腔；
步驟二:在諧振腔內(nèi)插入激光增益介質(zhì)，泵浦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)上，產(chǎn)生的激光光子在二色鏡和高反鏡的作用下往返振蕩，在振蕩的同時(shí)通過激光增益介質(zhì)，光子得到放大，利用放大后光子對推進(jìn)物體的光壓效果實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)。
[0006]本發(fā)明基于有源諧振腔對光子的反饋和增益作用實(shí)現(xiàn)對光子微推力的放大，可解決目前激光光子單次推進(jìn)微推進(jìn)技術(shù)中所需激光功率高，推進(jìn)效率低的問題。本發(fā)明能夠大幅度降低微推進(jìn)所需激光功率，并能大幅度提高推進(jìn)效率，便于基于有源諧振腔的激光光子微推進(jìn)技術(shù)的工程應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明光子微推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0009]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，本實(shí)施方式中的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)的裝置，包括泵浦系統(tǒng)1、激光增益介質(zhì)2、二色鏡3、高反鏡4和推進(jìn)物體5，沿泵浦系統(tǒng)I輸出泵浦光的傳播方向依次為二色鏡3、激光增益介質(zhì)2、高反鏡4和推進(jìn)物體5，所述泵浦系統(tǒng)I將泵浦光的焦點(diǎn)聚焦到激光增益介質(zhì)中2，二色鏡3和高反鏡4組成諧振腔，二色鏡3靠近泵浦系統(tǒng)I的一側(cè)鍍對泵浦光的增透膜，另一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜，高反鏡4靠近激光增益介質(zhì)2的一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜，推進(jìn)物體5與高反鏡4固定在一起。
[0010]本實(shí)施方式中，所述泵浦系統(tǒng)I用于產(chǎn)生能被激光增益介質(zhì)2高效吸收的泵浦光；二色鏡3和高反鏡4用于組成激光諧振腔，使激光光子能在諧振腔內(nèi)低損耗往返振蕩；激光增益介質(zhì)2用于對往返振蕩的激光光子實(shí)現(xiàn)光放大。
[0011]本實(shí)施方式中，所述泵浦系統(tǒng)I發(fā)出的泵浦光能被激光增益介質(zhì)高效吸收。
[0012]本實(shí)施方式中，所述激光增益介質(zhì)2要有高增益特性，可以為摻雜Nd3+或者Yb3+的激光介質(zhì)。
[0013]本實(shí)施方式中，所述二色鏡3的反射率>99.99%ο
[0014]本實(shí)施方式中，所述高反鏡4的反射率>99.99%。
[0015]本實(shí)施方式中，所述二色鏡3和高反鏡4為凹透鏡。
[0016]本實(shí)施方式中，所述諧振腔可以為雙凹穩(wěn)定腔，使諧振腔保持高度的穩(wěn)定性。
[0017]本實(shí)施方式中，所述二色鏡3和高反鏡4焦距相同，且焦距值大于兩倍的二色鏡3和高反境4之間的距離。
[0018]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式利用【具體實(shí)施方式】一所述裝置實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一、構(gòu)建由二色鏡和高反鏡兩片光學(xué)鏡片組成的諧振腔，使光束在諧振腔內(nèi)可最低損耗地往返振蕩；
步驟二:在諧振腔內(nèi)插入激光增益介質(zhì)，使腔內(nèi)往返振蕩的光子通過增益介質(zhì)后可實(shí)現(xiàn)放大，利用放大后光子對物體的光壓效果實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)。
[0019]在上述過程中，還要將泵浦系統(tǒng)的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)中，從而降低泵浦功率要求。
【權(quán)利要求】
1.基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述裝置沿光束傳播方向依次設(shè)置有泵浦系統(tǒng)、二色鏡、激光增益介質(zhì)、高反鏡和推進(jìn)物體，二色鏡和高反鏡組成諧振腔，推進(jìn)物體與高反鏡固定在一起，泵浦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述二色鏡靠近泵浦系統(tǒng)的一側(cè)鍍對泵浦光的增透膜，另一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述高反鏡靠近激光增益介質(zhì)的一側(cè)鍍對振蕩光的高反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述激光增益介質(zhì)為摻雜Nd3+或者Yb3+的激光介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述二色鏡和高反鏡為凹透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述二色鏡和高反鏡焦距相同，且焦距值大于兩倍的二色鏡和高反境之間的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述二色鏡的反射率>99.99%ο
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置，其特征在于所述高反鏡的反射率>99.99%ο
9.一種利用權(quán)利要求1-8任一權(quán)利所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)裝置實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)的方法，其特征在于所述方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、構(gòu)建由二色鏡和高反鏡兩片光學(xué)鏡片組成的諧振腔； 步驟二:在諧振腔內(nèi)插入激光增益介質(zhì)，泵浦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光聚焦到激光增益介質(zhì)上，產(chǎn)生的激光光子在二色鏡和高反鏡的作用下往返振蕩，在振蕩的同時(shí)通過激光增益介質(zhì)，光子得到放大，利用放大后光子對推進(jìn)物體的光壓效果實(shí)現(xiàn)光子微推進(jìn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于有源諧振腔的光子微推進(jìn)方法，其特征在于所述諧振腔為雙凹穩(wěn)定腔。
【文檔編號】F03H3/00GK103590992SQ201310622579
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】李旭東, 于欣, 樊榮偉, 董志偉, 閆仁鵬, 馬欲飛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)