针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求, 采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件, 在50 ?滋m级聚焦光斑约束下, 研究单透镜聚焦系统设计方案, 得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系; 研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案, 得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案, 给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程, 可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为烧蚀靶材,以纳米碳粉和红外染料作为掺杂剂,采用微尺度羽流观测系统对GAP靶材的喷射羽流图像进行了观测,分析了掺杂浓度、靶材厚度及激光烧蚀模式对GAP烧蚀特性和推进性能的影响。结果表明,在激光烧蚀过程中,未掺杂吸收剂的GAP靶材利用率非常低;掺杂纳米碳粉后,靶材的推进性能显著增强,但对靶材厚度的依赖性较强,厚度较薄的掺杂纳米碳粉的GAP适合作为透射式激光烧蚀微推力器的靶材;掺杂红外染料后,聚合物的气化程度显著提高,透射式下厚度对羽流喷射的影响较小。红外染料适合作为反射式激光烧蚀微推力器聚合物靶材的掺杂剂。