[发明专利]一种微振镜调控的激光微推进光学系统

说明书

一种微振镜调控的激光微推进光学系统，半导体激光器根据电流信号，输出高强度脉冲激光，并传递给单根传输光纤；单根传输光纤将高强度脉冲激光从半导体激光器的发射面传输至准直透镜的入射面；准直透镜将高强度脉冲激光进行准直，准直后的高强度脉冲激光传递至MEMS反射镜；MEMS反射镜将准直后的高强度脉冲激光反射入聚焦透镜，扫描摆角方向垂直于推进靶带长度方向；聚焦透镜将反射后的高强度脉冲激光聚焦在推进靶带表面；支撑框架按照设计要求固定半导体激光器、传输光纤、准直透镜、MEMS反射镜、聚焦透镜的相对位置。本发明通过采用微振镜设计，显著地降低了装置复杂程度，提升了系统可靠性。

技术领域

本发明涉及一种微振镜调控的激光微推进光学系统，属于空间推进技术领域。

背景技术

激光推进是通过星载激光器产生的高强度激光辐照推进剂，利用产生的喷射等离子体的反作用力实现推进的一种新型推进方式。与其他传统的推进器相比，激光微推进器具有比冲高，质量轻、体积小、功耗低；推力小、跨越范围广且可控；结构简单，安全性和可靠性高等优点。光学系统是激光推力器的核心装置。它需要提供具有足够高强度的激光能量源，并将高能激光束传递至靶带烧蚀面，以产生烧蚀。激光推力器光学系统一般包括光源、光束传输系统、聚焦系统等。

Luke J.R.等人在文献中提出了一种激光推进装置。该装置的光学系统通过采用六个激光器阶梯式排列方式，结合靶带横向移动以实现靶带面的二维烧蚀。

但是该方法主要存在以下问题：

1、激光器的密集排列严重影响散热效果，从而影响激光器工作效率及寿命，进而影响整个装置的使用寿命。

2、激光器数量较多，装置结构复杂，可靠性低。

空间激光微推力器一般由光学系统、靶带传输系统以及推力器框架组成。光学系统一般包括激光器及传输光路，其中激光器用于产生高能量激光光束，传输光路将高能量激光光束传递至推进靶带表面；推进靶带在高能量激光光束照射下，表面固态推进剂发生烧蚀、喷射，产生推力。由于一般情况下，激光光斑为圆形点状，而推进靶带则为细长带状。为实现推进靶带上推进剂的全部烧蚀，需要激光光束对推进靶带的全覆盖扫描。一般的技术方案是采用多个激光器阶梯式排列方式，同时结合靶带横向移动。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种微振镜调控的激光微推进光学系统，采用微振镜设计，显著地降低了装置复杂程度，提升了系统可靠性。可以通过调节微型振镜实现光斑在靶带平面的一维或者二维运动，实现靶带完全烧蚀，进而形成稳定推力；还可以通过调节微型振镜扫描速度实现推力大小的调节。

本发明的技术方案是：

一种微振镜调控的激光微推进光学系统，包括：半导体激光器、传输光纤、准直透镜、MEMS反射镜、聚焦透镜和支撑框架；

半导体激光器根据电流信号，输出高强度脉冲激光，并传递给单根传输光纤；

单根传输光纤将半导体激光器输出的高强度脉冲激光从半导体激光器的发射面传输至准直透镜的入射面；

准直透镜将半导体激光器输出的高强度脉冲激光进行准直，准直后的高强度脉冲激光传递至MEMS反射镜；

MEMS反射镜将准直后的高强度脉冲激光反射入聚焦透镜，扫描摆角方向垂直于推进靶带长度方向；

聚焦透镜将反射后的高强度脉冲激光聚焦在推进靶带表面；

支撑框架按照设计要求固定半导体激光器、传输光纤、准直透镜、MEMS反射镜、聚焦透镜的相对位置；准直透镜、MEMS反射镜、聚焦透镜的中心轴线位于同一平面内。准直透镜及聚焦透镜的中心轴线与MEMS反射镜的轴线轴线夹角为22.5°。MEMS反射镜中心点距离聚焦透镜入射面的距离为20mm。