[发明专利]基于光子晶体激光阵列的微推进器光源

说明书

一种基于光子晶体激光阵列的微推进器光源，包括：管壳，为一台阶结构，该台阶结构包含底部和顶部；过渡热沉，制作于管壳的台阶结构的底部上；光子晶体激光阵列，倒装于过渡热沉上并与管壳固定，该光子晶体激光阵列包含多个电学隔离的激光单元，每个激光单元结构包含：半导体激光器，以及在该半导体激光器的外延结构方向引入的周期或准周期光子晶体结构；电路板，具有多路隔离的电路，固定于管壳的台阶结构的顶部上，各路电路分别与光子晶体激光阵列的各个激光单元电性连接，用于为各个激光单元单独供电。与现有技术相比，降低垂直发散角，提高了激光功率密度，提高了微推进器比冲，降低烧蚀脉冲宽度，简化高亮度微光光路设计，降低成本。

技术领域

本公开属于半导体激光器领域，涉及一种基于光子晶体激光阵列的微推进器光源，特别是一种用于微小卫星的具有高功率密度、较低垂直发散角的微推进器光源。

背景技术

微小卫星的快速发展对星载微推进技术提出了更高的要求，微纳卫星可以单颗快速完成任务，又能与其他众多低成本且高性能的微星组成星群和星座，完成复杂的航天任务，如通过微星空间对接自组装形成功能强大的大卫星或空间装置。由于微星的体积小、重量轻、转动惯量小，用于姿态控制、轨道保持和编队飞行和空间组装控制所需的推力精度高、跨度大，冲量脉冲范围通常在纳牛秒-毫牛秒。加上微星提供的电源电压、功率和载荷体积限制，高效轻型、低功耗、小推力、精确微冲量的微推进技术研究难度大，且需求迫切。激光推进技术原理是利用聚焦后的较高功率密度激光烧蚀推挤剂引发的微爆轰喷射从而产生推力；与其他研制微推进技术相比，具有单脉冲精度高、低功耗的优点，适合微星的星载条件；其模块化设计，体积轻，即插即用可实现对固态推进剂的可控微爆轰，且固态推进剂便于长期存储；无需加热毫秒级响应产生推力，可以用于紧急推力施加。激光推进技术是能够满足微星星载条件和苛刻应用需求的一种微推进技术。

半导体激光器作为目前电光转换效率最高的激光光源，具有体积小、重量轻、寿命长，结构简单，高可靠性等优点，可以说是激光推进器目前唯一能够星载化的光源。为了提高激光推进器比冲，急需高功率密度激光光源满足激光推进器对高亮度、小体积、重量轻、效率高的激光光源的要求。目前传统半导体激光器作为激光微推进器光源，传统的半导体激光器因其自身结构特点，存在垂直发散角大、椭圆形光斑、光功率密度和光束质量差等瓶颈问题，需要复杂光束整形和汇聚才能实现高功率密度，但仍然不能满足要求。据实验分析，目前整形后的光斑功率密度普遍在10³W/cm²左右，制约了激光推进器比冲的提升。同时普通半导体激光器的光学整形难度大，带来高亮度微光路设计复杂性，高制作成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于提供一种基于高功率密度低发散角光子晶体激光阵列的微推进器光源，以至少解决传统半导体激光器阵列发散角大、功率密度低的瓶颈问题，提高微推进器比冲，降低烧蚀脉冲宽度，简化高亮度微光光路设计，实现低成本，有利于提高卫星有效载荷和提高系统响应速度。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于光子晶体激光阵列的微推进器光源，包括：管壳，为一台阶结构，该台阶结构包含底部和顶部；过渡热沉，制作于管壳的台阶结构的底部上；光子晶体激光阵列，倒装于过渡热沉上并与管壳固定，该光子晶体激光阵列包含多个电学隔离的激光单元，每个激光单元结构包含：半导体激光器，以及在该半导体激光器的外延结构方向引入的周期或准周期光子晶体结构；电路板，具有多路隔离的电路，固定于管壳的台阶结构的顶部上，各路电路分别与光子晶体激光阵列的各个激光单元电性连接，用于为各个激光单元单独供电。

在本公开的一些实施例中，所述过渡热沉包括：AlN基底；多个焊接单元形成的阵列，设置于AlN基底上；以及隔离部位，设置于多个焊接单元之间，用于将多个焊接单元相互隔离开。

在本公开的一些实施例中，每个焊接单元中具有预制好的AuSn焊料以及金属焊线部位。