超薄光帆lightsails主要由激光辐射压力推动,以达到相对论速度,是目前基于飞越系外行星探索最有希望的路线。然而,光帆推进所必需的关键参数实验表征明显缺乏。
今日,美国 加州理工学院 (California Institute of Technology)Lior Michaeli, Ramon Gao, Harry A. Atwater等,在Nature Photonics上发文,提出了基于实验室光帆原型的光力optomechanical表征和模型开发平台。
基于激发激光束诱导的多物理动力学,同时测量光学力和功率的方法。通过模拟柔性弹簧悬挂50nm厚微观氮化硅膜的光帆,量化了非共振驱动位移力,以及加热引起力学模式软化的功率。
这种微力测辐射热计,将测量的力校准到驱动功率。利用110Wcm-2准直光束和噪声稳健的共光路干涉测量法,报告了70fn辐射压力。还量化了入射角和光斑大小,对光学力的影响,并通过边缘散射解释了非直观的趋势。由于光帆也会受到侧向力,实验演示了通过光栅干涉测量法测量平面内运动。
这一结果,有助于辐射压力时的宏观物体,实现全面光帆表征和光力调控。
Direct radiation pressure measurements for lightsail membranes.
光帆薄膜的直接辐射压力测量
图1:从星际光帆到实验室光帆平台。
图2:光学力学中,辐射压力表征的多物理平台。
图3: 光帆原型设备和实验表征平台。
图4: 光学力的测量。
图5:光帆推进取决于角度的辐射压力表征。
图6: 自稳定超格栅Metagrating的平面内位移测量。