[发明专利]一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置和方法

权利要求书

1.一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置，其特征在于，包括：

激光器，其被配置为产生激光光束；

分光镜，布置于所述激光器的光路上，与所述激光器产生的激光光束存在夹角，通过透射和反射将所述激光光束分为两束；

快门，布置于经所述分光镜反射的激光光束的光路上，所述快门被配置为控制射向目标的激光光束的通断；

反射镜，固定于所述目标的表面，与经所述分光镜反射的激光光束存在夹角；以及

激光功率计，包括：

第一激光功率计，布置于经所述分光镜透射的激光光束的光路上，所述第一激光功率计被配置为实时测量所述激光器的出光功率；以及

第二激光功率计，布置于经所述反射镜反射的激光光束的光路上，所述第二激光功率计被配置为测量经所述反射镜反射的激光功率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光束调节装置，布置于所述激光器与所述分光镜之间，所述光束调节装置被配置为将所述激光器发出的激光光束调节为平行光，和/或根据需要调节所述激光光束的光束时空分布特性后，使得所述激光光束入射所述分光镜，其中，所述光束时空分布特性包括激光偏振态及相位。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光束时空分布特性包括激光偏振态及相位。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器的输出功率可调。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标放置于真空环境中。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标放置于气体扰动影响较小的气体环境中。

7.一种使用如权利要求1至6之一所述装置施加微推力微冲量的方法，其特征在于，包括步骤：

用激光以设定角度入射分光镜，分别测量经由所述分光镜的反射光与透射光的功率，计算得到所述分光镜的反射透射比；

根据所需的施加于目标的微推力的大小，初步计算所述激光器的出光功率，并设置激光器，根据所需的微冲量大小，设置快门的开启时间及关闭时间；

开启激光器，通过所述第一激光功率计测量得到的经由所述分光镜透射的激光光束功率，乘以所述分光镜的反射透射比，计算得到由所述分光镜反射的用于对目标施加微推力的激光光束功率；

根据前述步骤中设置的快门开启时间打开快门，使得激光光束入射反射镜并反射，通过所述第二激光功率计测量经由所述反射镜反射后的激光光束的功率，并根据所述第一激光功率计、第二激光功率计测得的功率，实时计算施加于目标的微推力的大小，判断是否符合需求，若不符合，对激光器的出光功率进行实时调整；以及

到达前述步骤中设置的快门关闭时间后，关闭快门，关闭激光器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，施加于目标的微推力的大小为其中：

F_y(t)＝F(t)cosα为所述微推力的矢量在激光入射光与反射光组成的平面内，所分解的在垂直于反射镜镜面并指向反射镜方向上的分量大小：

以及

F_x(t)＝F(t)sinα为所述微推力的矢量在激光入射光与反射光组成的平面内，所分解的平行于反射镜镜面方向的分量大小：

其中，k为所述分光镜的反射透射比，c为真空中的光速，θ为激光光束在所述反射镜的入射角，α为微推力方向与镜面法线之间的夹角，P₁(t)为经由所述分光镜透射的激光光束的功率，以及P₂(t)为经由所述反射镜反射的激光光束的功率。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述快门的开启时间t₀及关闭时间t₁满足：

其中，I为所需的微冲量的大小，所述微冲量施加位置及方向与微推力施加位置及方向一致。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括，根据所述第一激光功率计、第二激光功率计测得的功率，以及快门的开启、关闭时间，计算施加于目标的微推力及微冲量，并将所述微推力及微冲量施加于微推力微冲量测量装置并测量其响应情况，以进行对微推力微冲量测量装置的标定。