用于测量激光光帆Si3N4薄膜吸收的自参考光热共路干涉测量法
光学
2025-06-17 v2 材料科学
应用物理
空间物理
摘要
激光光帆是一种航天器概念，其中轻质“帆”由高功率激光推进。我们研究了化学计量氮化硅(Si3N4)自支撑薄膜（一种候选帆材料）的近红外吸收。为了解析微小但非零的光学损耗，我们使用了光热共路干涉测量法(PCI)，并为此开发了一种自参考模态，其中PCI测量进行两次：一次在裸膜上，第二次在膜上沉积单层石墨烯后。石墨烯将样品的吸收提高了几个数量级，从而可以通过椭偏仪进行测量，而不会显著影响热性能。我们测得Si3N4在1064 nm处的吸收系数为(1.5-3)×10^{-2} cm^{-1}，使其成为适用于高达约10 GW/m^2激光强度的帆材料。相比之下，富硅“低应力”SiNx (x~1)的测量吸收系数约为8 cm^{-1}，不太可能承受如此高的激光强度。我们的自参考技术能够测试用于激光帆和其他应用的各种材料的低损耗薄膜。
引用
@article{arxiv.2404.04449,
title = {Self-referencing photothermal common-path interferometry to measure absorption of Si3N4 membranes for laser-light sails},
author = {Tanuj Kumar and Demeng Feng and Shenwei Yin and Merlin Mah and Phyo Lin and Margaret Fortman and Gabriel R. Jaffe and Chenghao Wan and Hongyan Mei and Yuzhe Xiao and Ron Synowicki and Ronald J. Warzoha and Victor W. Brar and Joseph J. Talghader and Mikhail A. Kats},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.04449},
year = {2025}
}
备注
Main text + supplementary. Updated with new experiments and analysis