光帆薄膜的直接辐射压力测量
光学
2024-03-04 v1 应用物理
摘要
由激光辐射压力推进至相对论速度的超薄光帆目前是基于飞掠的系外行星探索最有希望的途径。然而，对于光帆推进至关重要的关键参数缺乏实验表征。因此，需要一个由现实材料制成的光帆原型进行光机械表征的模型平台。我们提出了一种同时测量光学力和驱动功率的方法，该方法利用了驱动激光束诱导的多物理场动力学。通过将光帆建模为由柔性微机械弹簧悬挂的 50-nm 厚氮化硅薄膜，我们量化了由非共振驱动位移产生的力和由加热诱导的机械模态软化产生的功率。这种方法允许我们通过将器件作为机械辐射热计运行，将测量的力校准为驱动功率。我们报告了使用 100 W/cm2 的准直泵浦束和抗噪共路径干涉测量法测得的 80 fN 辐射压力。由于光帆不可避免地会经历非垂直力，我们量化了入射角和光斑尺寸对光学力的影响，并通过边缘散射解释了这一直观上难以理解的趋势。我们的结果为全面的光帆表征以及通过辐射压力对宏观物体进行实验室光机械操纵提供了一个框架。
引用
@article{arxiv.2403.00117,
title = {Direct Radiation Pressure Measurements for Lightsail Membranes},
author = {Lior Michaeli and Ramon Gao and Michael D. Kelzenberg and Claudio U. Hail and Adrien Merkt and John E. Sader and Harry A. Atwater},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.00117},
year = {2024}
}