CN103499848B - 一种激光微推力器光学***及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学领域，具体涉及一种激光微推力器光学***及其安装方法，主要用于航天微小卫星姿态调整***中激光微推力器的研制。该激光微推力器光学***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；半导体激光器的激光经过衍射元件高次非球面微透镜阵列的汇聚形成激光靶面，安装时调整激光靶面与靶带相重合，继而烧蚀靶带，产生强大推力。本发明具有体积化、重量轻且聚焦效果好、调试方法简单、能耗小等优点。
Description
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***及其安装方法，主要用于航天微小卫星姿态调整***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***，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***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***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***，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***应具有良好的聚焦性能。对于航天飞行器的推力技术光学***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***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***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***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***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***，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；
所述靶带在激光光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***现提供该光学***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***找到第一个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***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***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：
1.该激光微推力器光学***及其安装方法，光学***首次采用衍射元件高次非球面微透镜阵列，改变以了以往的激光微推力器光学***设计方法，***结构更简单、外形尺寸更小；
2.该激光微推力器光学***及其安装方法，光学***的改进设计使其能效利用率更高，可大大降低卫星的功耗使用率，延长卫星的使用寿命；
3.该激光微推力器光学***及其安装方法，改变了现有的光学***装调理念，利用组合测量仪监测技术，来实时控制每个透镜的姿态位置，可快速调整各个透镜的相互位置，保证透镜阵列具有较好的一致性；
4.该激光微推力器光学***及其安装方法，在光学***安装时，利用二维调整台可同时拼接多组透镜阵列，保证了多组透镜阵列的快速装调，提高了多组光学***的装调效率。
附图说明
图1激光微推力器光学***结构示意图。
图2激光微推力器光学***安装图。
附图标记如下：
1-半导体激光器靶条热沉；2-半导体激光器；3-衍射元件高次非球面微透镜阵列；4-靶带；5-组合测量仪；6-显微镜***；7-二维调整台；8-监视器。
具体实施方式
以下对本发明的激光微推力器光学***及其安装方法进行详述：
如图1所示，本发明中的激光微推力器光学***主要包括设置在激光微推力器内部的半导体激光器2、衍射元件高次非球面微透镜阵列3以及靶带4；
衍射元件高次非球面微透镜阵列3安装在半导体激光器2出射光线与靶带入射光线之间；半导体激光器2出射光线通过衍射元件高次非球面微透镜阵列3汇聚形成激光靶面；激光靶面与靶带4相重合，此时靶带4烧蚀，既而产生强大的能量，用于提供激光微推力器所需的强大的推动力。
另外，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。
特别的是，本发明中的靶带4通常采用黑墨水纸或双基药制成。
结合图2，本发明中激光微推力器光学***的安装方法，包括以下步骤：
首先是衍射元件高次非球面微透镜阵列的安装方法：
步骤1】衍射元件高次非球面微透镜阵列3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5的二维调整台7上，通过组合测量仪8的显微镜***6找到第一个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7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***6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7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5上的监视器8来观察第二个衍射元件高次非球面微透镜的姿态，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2.2)和2.3)，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8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3；
步骤2】将激光推力器放置到二维调整台7上，接着将半导体激光器2、靶带4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3设置在半导体激光器2与靶带4之间，利用组合测量仪5的显微镜***6来调整，直至半导体激光器2出射光线经过衍射元件高次非球面微透镜阵列3汇聚之后形成的激光靶面与靶带4相重合，靶带4烧蚀，从而产生强大的推动力。
特别之处，本发明中的衍射元件高次非球面微透镜阵列是通过多个衍射元件高次非球面微透镜通过胶接的方式连接形成。
通过采用衍射元件高次非球面透镜可有效的减少光学元件的使用数量，从而可使光学***的外形尺寸减小，并可有效的提高光能利用率，其最终的光能利用率由以前的65％可提高至86％。
Claims (5)
1.一种激光微推力器光学***，其特征在于：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；
所述靶带在激光光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。
2.一种激光微推力器光学***的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】由于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：
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***找到第一个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；
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***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；
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；
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；
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）中的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***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。
3.根据权利要求1所述的激光微推力器光学***，其特征在于：所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。
4.根据权利要求2所述的激光微推力器光学***的安装方法，其特征在于：所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。
5.根据权利要求1或3所述的激光微推力器光学***，其特征在于：所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。
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| CN102022299A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-04-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 激光微推力器 |
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