[發明專利]一種激光微推力器光學系統及其安裝方法

有效

• 申請號: 201310404575.5
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103499848A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 徐亮;趙建科;初昶波;段亞軒;陳永權;張昊蘇;周艷;楊菲;胡丹丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B3/02
• 分類號: G02B3/02;G02B7/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種激光微推力器光學系統及其安裝方法，主要用于航天微小衛星姿態調整系統中激光微推力器的研制。

背景技術

激光微推力器是一種新型的微推進系統，主要用于微型航天器的位置保持、姿態控制、引力補償和軌道調整。本文研究的激光微推力器光學系統主要用于對高能激光的整型聚焦。以往的激光微推力器光學系統結構復雜、體積龐大，無法滿足航天微小衛星的小型化、低功耗發展要求。因此，需要研究一種小型化、輕量化的光學系統，以滿足微小衛星的研制要求。

目前，激光微推力器樣機性能的關鍵集中在兩點：提高光斑的功率密度和改進靶材性能，因此，這就要求激光微推力器光學系統應具有良好的聚焦性能。對于航天飛行器的推力技術光學系統主要有兩種，第一種：通過拋物型聚光鏡來實現激光聚焦燒蝕；第二種：通過多透鏡組來實現激光器的光斑聚焦燒蝕。上述兩種方法雖然在實際工程中已被廣泛應用，但是仍然存在很多缺陷。第一種方法雖然對于航天飛行器來說其產生的推力很強，結構簡單、易于實現，但是對于航天微星來說，首先要求微推力器的外形尺寸要小，然而采用這種方法必將使其外形尺寸加大，無法滿足微星整體設計中小型化、輕量化的要求。第二種方法，雖然在很多微星上已陸續投入使用，然而多鏡組的應用不僅光路復雜、調試也困難，聚焦效果始終不佳，導致系統能效降低。為了滿足最終的使用，只能提高總的輸入功率，從而使系統總的功耗增加，這樣將大大降低了微星的在軌使用壽命。因此，上述兩種方法急需進一步改進。

綜上所述，考慮到該課題的研究是用于對航天微小衛星研制的關鍵技術，該項技術的研究成功，將預示著國內航天微星微推力技術進入一個新的臺階。因此，開展激光微推力器光學系統的研究，將對我國航天衛星事業的發展起著推動性作用。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供一種小型化、輕量化且聚焦效果好、調試方法簡單、能耗小的一種激光微推力器光學系統及其安裝方法。

本發明的具體技術方案是：

一種激光微推力器光學系統，包括設置在激光微推力器內部的半導體激光器、衍射元件高次非球面微透鏡陣列以及靶帶；

所述衍射元件高次非球面微透鏡陣列安裝在半導體激光器出射光線與靶帶入射光線之間；所述半導體激光器出射光線通過衍射元件高次非球面微透鏡陣列匯聚形成激光靶面；所述激光靶面與靶帶相重合；

所述靶帶在激光關線的作用下產生燒蝕；所述靶帶采用黑墨水紙或雙基藥制成。

基于上述的激光微推力器光學系統現提供該光學系統的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1】衍射元件高次非球面微透鏡陣列是由多個衍射元件非球面微透鏡連接組成，該衍射元件高次非球面微透鏡陣列的連接步驟是：

步驟1.1）將第一個衍射元件高次非球面微透鏡放置到組合測量儀的二維調整臺上，通過組合測量儀的顯微鏡系統找到第一個的衍射元件高次非球面微透鏡放置的位置，并將該位置記錄為初始位置；

步驟1.2）通過二維調整臺的移動，將第一個衍射元件高次非球面微透鏡轉移出顯微鏡系統的視場中心，然后將第二個衍射元件高次非球面微透鏡放置到二維調整臺上，并將第一個衍射元件高次非球面微透鏡和第二個衍射元件高次非球面微透鏡連接起來；

步驟1.3）通過設置在組合測量儀上的監視器的成像來觀察第二個衍射元件高次非球面微透鏡的姿態，并調整第二個衍射元件高次非球面微透鏡的姿態，保證第一個衍射元件高次非球面微透鏡和第二個衍射元件高次非球面微透鏡共焦面；

步驟1.4）重復步驟1.2）和1.3），將所需的多個衍射元件高次非球面微透鏡連接起來，在連接過程中需要通過監視器觀察每一個衍射元件高次非球面微透鏡的姿態從而調整每個衍射元件高次非球面微透鏡的姿態，使得多個衍射元件高次非球面微透鏡共焦面，最后形成衍射元件高次非球面微透鏡陣列；

步驟2】將激光推力器放置到二維調整臺上，接著將半導體激光器、靶帶安裝至激光微推力器內，再將步驟1.4）中安裝好的衍射元件高次非球面微透鏡陣列設置在半導體激光器與靶帶之間，利用組合測量儀的顯微鏡系統來調整，直至半導體激光器出射光線經過衍射元件高次非球面微透鏡陣列匯聚之后形成的激光靶面與靶帶相重合，靶帶燒蝕，從而產生強大的推動力。

上述衍射元件高次非球面微透鏡陣列是由多個衍射元件高次非球面微透鏡通過膠接的方式連接。

上述半導體激光器上安裝有用于半導體激光器散熱的半導體激光器靶條熱沉。

本發明的有益效果是：