[发明专利]一种激光微推力器光学系统及其安装方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种激光微推力器光学系统及其安装方法，主要用于航天微小卫星姿态调整系统中激光微推力器的研制。

背景技术

激光微推力器是一种新型的微推进系统，主要用于微型航天器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整。本文研究的激光微推力器光学系统主要用于对高能激光的整型聚焦。以往的激光微推力器光学系统结构复杂、体积庞大，无法满足航天微小卫星的小型化、低功耗发展要求。因此，需要研究一种小型化、轻量化的光学系统，以满足微小卫星的研制要求。

目前，激光微推力器样机性能的关键集中在两点：提高光斑的功率密度和改进靶材性能，因此，这就要求激光微推力器光学系统应具有良好的聚焦性能。对于航天飞行器的推力技术光学系统主要有两种，第一种：通过抛物型聚光镜来实现激光聚焦烧蚀；第二种：通过多透镜组来实现激光器的光斑聚焦烧蚀。上述两种方法虽然在实际工程中已被广泛应用，但是仍然存在很多缺陷。第一种方法虽然对于航天飞行器来说其产生的推力很强，结构简单、易于实现，但是对于航天微星来说，首先要求微推力器的外形尺寸要小，然而采用这种方法必将使其外形尺寸加大，无法满足微星整体设计中小型化、轻量化的要求。第二种方法，虽然在很多微星上已陆续投入使用，然而多镜组的应用不仅光路复杂、调试也困难，聚焦效果始终不佳，导致系统能效降低。为了满足最终的使用，只能提高总的输入功率，从而使系统总的功耗增加，这样将大大降低了微星的在轨使用寿命。因此，上述两种方法急需进一步改进。

综上所述，考虑到该课题的研究是用于对航天微小卫星研制的关键技术，该项技术的研究成功，将预示着国内航天微星微推力技术进入一个新的台阶。因此，开展激光微推力器光学系统的研究，将对我国航天卫星事业的发展起着推动性作用。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种小型化、轻量化且聚焦效果好、调试方法简单、能耗小的一种激光微推力器光学系统及其安装方法。

本发明的具体技术方案是：

一种激光微推力器光学系统，包括设置在激光微推力器内部的半导体激光器、衍射元件高次非球面微透镜阵列以及靶带；

所述衍射元件高次非球面微透镜阵列安装在半导体激光器出射光线与靶带入射光线之间；所述半导体激光器出射光线通过衍射元件高次非球面微透镜阵列汇聚形成激光靶面；所述激光靶面与靶带相重合；

所述靶带在激光关线的作用下产生烧蚀；所述靶带采用黑墨水纸或双基药制成。

基于上述的激光微推力器光学系统现提供该光学系统的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1】衍射元件高次非球面微透镜阵列是由多个衍射元件非球面微透镜连接组成，该衍射元件高次非球面微透镜阵列的连接步骤是：

步骤1.1）将第一个衍射元件高次非球面微透镜放置到组合测量仪的二维调整台上，通过组合测量仪的显微镜系统找到第一个的衍射元件高次非球面微透镜放置的位置，并将该位置记录为初始位置；

步骤1.2）通过二维调整台的移动，将第一个衍射元件高次非球面微透镜转移出显微镜系统的视场中心，然后将第二个衍射元件高次非球面微透镜放置到二维调整台上，并将第一个衍射元件高次非球面微透镜和第二个衍射元件高次非球面微透镜连接起来；

步骤1.3）通过设置在组合测量仪上的监视器的成像来观察第二个衍射元件高次非球面微透镜的姿态，并调整第二个衍射元件高次非球面微透镜的姿态，保证第一个衍射元件高次非球面微透镜和第二个衍射元件高次非球面微透镜共焦面；

步骤1.4）重复步骤1.2）和1.3），将所需的多个衍射元件高次非球面微透镜连接起来，在连接过程中需要通过监视器观察每一个衍射元件高次非球面微透镜的姿态从而调整每个衍射元件高次非球面微透镜的姿态，使得多个衍射元件高次非球面微透镜共焦面，最后形成衍射元件高次非球面微透镜阵列；

步骤2】将激光推力器放置到二维调整台上，接着将半导体激光器、靶带安装至激光微推力器内，再将步骤1.4）中安装好的衍射元件高次非球面微透镜阵列设置在半导体激光器与靶带之间，利用组合测量仪的显微镜系统来调整，直至半导体激光器出射光线经过衍射元件高次非球面微透镜阵列汇聚之后形成的激光靶面与靶带相重合，靶带烧蚀，从而产生强大的推动力。

上述衍射元件高次非球面微透镜阵列是由多个衍射元件高次非球面微透镜通过胶接的方式连接。

上述半导体激光器上安装有用于半导体激光器散热的半导体激光器靶条热沉。

本发明的有益效果是：