[发明专利]一种远紫外激光诱发原子氧装置及方法

说明书

本发明提供了一种远紫外激光诱发原子氧装置及方法，所述远紫外激光诱发原子氧装置包括：脉冲激光器，用于输出紫外激光束；供氧单元，用于输出氧气；真空室，所述脉冲激光器和所述供氧单元均设于所述真空室外部；喷嘴，设于所述真空室内部，且所述喷嘴与所述供氧单元相连通；控制器，与所述脉冲激光器和所述供氧单元电连接，用于控制所述紫外激光束与所述氧气同步射入所述喷嘴内。利用本发明提供的装置获得的原子氧束流的能量达到5eV，束流中原子氧纯度大于95％，束流密度达到1016atom﹒cm‑2﹒s‑1以上，具有极强的加速试验能力，大大提高了原子氧地面模拟试验和评价结果的可信度和准确性，且降低成本。

技术领域

本发明涉及原子氧地面模拟设备技术领域，具体而言，涉及一种远紫外激光诱发原子氧装置及方法。

背景技术

低地球轨道是空间站、气象卫星、对地观测卫星等航天器运行的区域，原子氧是低地球轨道环境中的主要组分，化学性能非常活泼，当航天器在低地球轨道环境中飞行时，航天器表面材料会受到原子氧以7-8km/s的相对速度碰撞，原子氧的平均动能约为4-5eV，由此对航天器表面材料产生冲蚀、剥蚀效应，使材料的机械、光学性能、电学性能等发生改变，造成各类高速运行的航天器表面材料的质量损失和性能退化，影响材料的使用性能和寿命。因此，材料在使用前对其进行耐原子氧试验评价已成为一项不可或缺的内容。目前，人们主要利用原子氧地面模拟设备对航天器材料进行原子氧模拟试验与评价来研究低地球轨道中原子氧对材料的影响。

90年代后期，应用最为广泛的模拟器为离子源模拟器，其是通过电子轰击或射频激活产生正离子或负离子，然后被静电加速和聚焦，获得一定的速度，再采用例如电荷交换或表面中性化进行电荷剥离。但该模拟器产生的原子氧能量较低，一般在3eV以下，且原子氧束流密度较低。

目前，对于材料测试较为先进的技术是激光或高温诱发并维持电离的模拟器，其是利用激光产生高温等离子体，在射流口或超音速喷嘴内膨胀产生高速中性束流。但是，该模拟器仍存在着下述无法克服的缺点：(1)由于使用了功率较高(一般6J)的激光或在较高温度(1000-1900℃)下进行，原子氧源的关键设备射流口或超音速喷嘴易受损，需要定期维护或更换，连续工作时间有限；(2)激光或高温诱发的离子氧在与电子中和过程中会放出强烈的短波紫外光，产生原子氧的同时会伴有强烈的紫外辐射，对原子氧试验与评价结果造成干扰。

综上，现有技术中原子氧模拟装置产生的原子氧束流存在原子氧能量低、束流密度低、产生原子氧的同时伴有辐射、关键设备易受损带来的连续工作时间受限等缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是上述问题中的至少一个方面，提供一种原子氧模拟装置，可连续长时间产生高能量、高束流密度以及无附加辐射的原子氧束流。

为解决上述问题，本发明提供一种远紫外激光诱发原子氧装置，包括：

脉冲激光器，用于输出紫外激光束；

供氧单元，用于输出氧气；

真空室，所述脉冲激光器和所述供氧单元均设于所述真空室外部；

喷嘴，设于所述真空室内部，且所述喷嘴与所述供氧单元相连通；

控制器，与所述脉冲激光器和所述供氧单元电连接，用于控制所述紫外激光束与所述氧气同步射入所述喷嘴内。

优选地，还包括光学系统，适于将所述紫外激光束引射入所述喷嘴内。

优选地，所述光学系统包括聚焦镜，所述聚焦镜设于所述真空室的侧壁上。

优选地，所述光学系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述真空室内部，适于将聚焦后的所述紫外激光束反射至所述喷嘴内。

优选地，所述光学系统还包括多个棱镜，所述棱镜设于所述真空室外部，适于将所述紫外激光器引射至所述聚焦镜上。