[发明专利]基于有源谐振腔的光子微推进装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现光子微推进的装置及利用该装置实现光子微推进的方法。

背景技术

随着微小卫星技术的发展和应用，微小卫星的编队飞行技术已成为热门话题之一。但传统的微推进技术，例如化学微推进技术、冷气微推进技术和电微推进技术等已无法完全满足越来越精确的轨道调整、机动和姿态控制等任务。激光光子微推进是一种具有高比冲的新型微推进方式，可望应用于微小卫星编队飞行中的精确轨道调整、机动和姿态控制等任务中，但传统激光光子采用单次推进的方式，所需激光功率过高，推进效率低，在现阶段并不可行。

发明内容

为了解决激光光子单次微推进技术所需激光功率高、推进效率低的问题，本发明提供了一种基于有源谐振腔的新型光子微推进装置及利用该装置实现光子微推进的方法。本发明适用于所需最小推力在μN量级的场合。

一种基于有源谐振腔的光子微推进装置，沿光束传播方向依次设置有泵浦系统、二色镜、激光增益介质、高反镜和推进物体，所述二色镜和高反镜组成谐振腔，二色镜靠近泵浦系统的一侧镀对泵浦光的增透膜，另一侧镀对振荡光的高反膜，高反镜靠近激光增益介质的一侧镀对振荡光的高反膜，推进物体与高反镜固定在一起，泵浦系统、二色镜和激光增益介质紧凑同轴放置，且满足泵浦系统发出的泵浦光聚焦到激光增益介质上。

一种基于有源谐振腔的光子微推进方法，它由以下步骤实现：

步骤一、构建由二色镜和高反镜两片光学镜片组成的谐振腔；

步骤二：在谐振腔内插入激光增益介质，泵浦系统发出的泵浦光聚焦到激光增益介质上，产生的激光光子在二色镜和高反镜的作用下往返振荡，在振荡的同时通过激光增益介质，光子得到放大，利用放大后光子对推进物体的光压效果实现光子微推进。

本发明基于有源谐振腔对光子的反馈和增益作用实现对光子微推力的放大，可解决目前激光光子单次推进微推进技术中所需激光功率高，推进效率低的问题。本发明能够大幅度降低微推进所需激光功率，并能大幅度提高推进效率，便于基于有源谐振腔的激光光子微推进技术的工程应用。

附图说明

图1为本发明光子微推进装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式中的基于有源谐振腔的光子微推进的装置，包括泵浦系统1、激光增益介质2、二色镜3、高反镜4和推进物体5，沿泵浦系统1输出泵浦光的传播方向依次为二色镜3、激光增益介质2、高反镜4和推进物体5，所述泵浦系统1将泵浦光的焦点聚焦到激光增益介质中2，二色镜3和高反镜4组成谐振腔，二色镜3靠近泵浦系统1的一侧镀对泵浦光的增透膜，另一侧镀对振荡光的高反膜，高反镜4靠近激光增益介质2的一侧镀对振荡光的高反膜，推进物体5与高反镜4固定在一起。

本实施方式中，所述泵浦系统1用于产生能被激光增益介质2高效吸收的泵浦光；二色镜3和高反镜4用于组成激光谐振腔，使激光光子能在谐振腔内低损耗往返振荡；激光增益介质2用于对往返振荡的激光光子实现光放大。

本实施方式中，所述泵浦系统1发出的泵浦光能被激光增益介质高效吸收。

本实施方式中，所述激光增益介质2要有高增益特性，可以为掺杂Nd³⁺或者Yb³⁺的激光介质。

本实施方式中，所述二色镜3的反射率>99.99%。

本实施方式中，所述高反镜4的反射率>99.99%。

本实施方式中，所述二色镜3和高反镜4为凹透镜。

本实施方式中，所述谐振腔可以为双凹稳定腔，使谐振腔保持高度的稳定性。

本实施方式中，所述二色镜3和高反镜4焦距相同，且焦距值大于两倍的二色镜3和高反境4之间的距离。

具体实施方式二：本实施方式利用具体实施方式一所述装置实现光子微推进的方法，由以下步骤实现：

步骤一、构建由二色镜和高反镜两片光学镜片组成的谐振腔，使光束在谐振腔内可最低损耗地往返振荡；

步骤二：在谐振腔内插入激光增益介质，使腔内往返振荡的光子通过增益介质后可实现放大，利用放大后光子对物体的光压效果实现光子微推进。

在上述过程中，还要将泵浦系统的泵浦光聚焦到激光增益介质中，从而降低泵浦功率要求。