利用激光制备微结构靶提高激光推进冲量耦合系数的方法

摘要

利用激光制备微结构靶提高激光推进冲量耦合系数的方法。本发明提出利用聚焦近红外飞秒激光脉冲对烧蚀激光推进技术中的固体靶进行预加工处理，使其表面产生多种形态的微结构来有效增强其冲量耦合系数的方法。飞秒激光脉冲制备的微结构固体靶包括多种类型的有利于增强光吸收的突起结构和沟槽结构。利用实验建立的高灵敏度扭秤精密测量装置获知在0.6-100焦耳/平方厘米的激光通量变化范围内，这些微结构固体靶比未经飞秒激光预处理的普通平面靶的冲量耦合系数提高约170%。本发明提出的有效增强激光烧蚀过程中光能到机械能转换的新方法在激光推进技术领域有着潜在的重要应用。

主权项

利用激光制备微结构靶提高激光推进冲量耦合系数的方法，其步骤是：第一步，将选作用于烧蚀激光推进靶的固体材料，进行表面机械打磨和抛光后，用去离子水超声清洗，然后置于清洁开口容器中待其风干，作为靶样品；第二步，在空气环境中，先将聚焦后的飞秒激光脉冲垂直照射在第一步抛光处理后的靶样品材料表面，并通过观测靶样品材料表面烧蚀区域的大小来寻找和确定激光焦点的准确位置，然后再将靶样品材料表面沿逆光束方向调整至远离焦平面的位置处；第三步，设定飞秒激光脉冲的参数为：脉冲重复频率 1千赫兹、脉冲持续时间50飞秒、 脉冲中心波长800纳米，并使得入射激光脉冲为线偏振光； 第四步，将待处理的固体靶样品放置在三维精密移动平台上，并通过计算机来控制靶样品在空间上的移动；第五步，在保持入射激光束不变的情况下，通过选取激光能量，并将待处理靶样品在与光束垂直平面内进行逐行移动扫描，实现在固体靶样品表面上的大面积微结构制备；第六步，将第五步飞秒激光脉冲处理后的固体靶样品用去离子水超声清洗，有效清除附着在样品表面的沉积物，并对其表面进行显微观察与测量；第七步，将第六步成功制备获得的表面具有微结构的固体靶样品应用到烧蚀激光推进的实验系统中，并通过建立高灵敏度的扭秤装置来精确测量其在激光烧蚀过程中的冲量耦合系数；第八步，当烧蚀激光推进的能量给定时，通过改变固体靶样品和聚焦透镜之间的距离实现对照射光斑区域内光通量的调控，从而分别测得普通平面靶和微结构靶在烧蚀激光推进中冲量耦合系数随激光通量的变化关系。