CN107256818B - 一种用于低功率电推进器的背照式光阴极 - Google Patents

Abstract

一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，涉及低功率电推进器领域，为了解决现有的阴极无法满足低功率电推进器的需求的问题。该阴极的石英体和阳极板相对平行放置，石英体面向阳极板的一侧设有ITO薄膜，阳极板上施加的电压高于ITO薄膜的电压；紫外光源出射的紫外光由石英体透射至ITO薄膜，ITO薄膜将紫外光全反射，ITO薄膜逸出的电子由阳极板的孔洞穿出。本发明适用于低功率电推进器。

Description

一种用于低功率电推进器的背照式光阴极

技术领域

本发明涉及低功率电推进器领域，具体涉及用于代替传统空心阴极的背照式光阴极。

背景技术

空心阴极作为电子源为霍尔推进器和离子推进器提供电子进行工质电离和作为中和器中和离子羽流。由于空心阴极作为系统串联部件，其寿命和性能决定了整个系统的性能和寿命。现有的阴极基于等离子体放电，引起材料的高温蒸发和高能离子溅射，因此腐蚀阴极，降低阴极寿命。

随着微小卫星发展对低功率电推进器的迫切需求，也对阴极提出了长寿命、结构小巧等新的要求。各国在研制适合低功率电推进器使用的阴极时往往采用减小阴极结构尺寸和降低功率和气流的措施，但同时带来了阴极寿命进一步降低的不良影响。现有技术只能在空心阴极原有结构上优化尺寸设计和其他各项参数，效果不理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的阴极无法满足低功率电推进器的需求的问题，从而提供一种用于低功率电推进器的背照式光阴极。

本发明所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，包括石英体、ITO薄膜和紫外光源；

石英体和阳极板相对平行放置，石英体面向阳极板的一侧设有ITO薄膜，阳极板上施加的电压高于ITO薄膜的电压；

紫外光源出射的紫外光由石英体透射至ITO薄膜，ITO薄膜将紫外光全反射，ITO薄膜逸出的电子由阳极板的孔洞穿出。

优选的是，石英体为石英三棱镜，ITO薄膜设置在三棱镜的侧面。

优选的是，石英体为圆柱形，ITO薄膜设置在圆柱的底面。

优选的是，紫外光源采用紫外线激光器或紫外灯实现。

优选的是，还包括凹面镜和平面镜；紫外光源采用推进器羽流区的辐射光实现；

推进器羽流区的辐射光依次经凹面镜和平面镜反射至石英体。

优选的是，阳极板为圆环形或均匀分布多个圆孔的圆形。

本发明的阴极基于紫外光放电，避免了基于等离子放电引起的阴极腐蚀，从而提高了阴极的使用寿命，而且在不消耗推进剂的情况下给小功率推进器提供高能电子，与现有的阴极相比，不消耗推进剂，省去了供气设备、简化供电设备，有效减少了系统总质量。本发明具有使用寿命长、体积小、重量轻的特点。

附图说明

图1是具体实施方式二所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极的结构示意图；

图2是具体实施方式三所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极的结构示意图；

图3是具体实施方式四所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极的结构示意图；

图4是具体实施方式五中的圆环形阳极板的结构示意图；

图5是具体实施方式五中的均匀分布多个圆孔的圆形阳极板的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，包括石英体100、ITO薄膜200和紫外光源400；

石英体100和阳极板300相对平行放置，石英体100面向阳极板300的一侧设有ITO薄膜200，阳极板300上施加的电压高于ITO薄膜200的电压；

紫外光源400出射的紫外光由石英体100透射至ITO薄膜200，ITO薄膜200将紫外光全反射，ITO薄膜200逸出的电子由阳极板300的孔洞穿出。

利用紫外光源照射ITO薄膜，当电子能量超过表面逸出功时，即可发射电子。在石英体的一面贴上ITO薄膜，并在薄膜上施加负电位-U2，紫外光从石英体另一面照射ITO薄膜，距离ITO薄膜适当距离处放置一阳极板，阳极板施加一高电位U1，光电子在电场的作用下被定向导出，形成电流。

具体实施方式二：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极作进一步说明，本实施方式中，石英体100为石英三棱镜，ITO薄膜200设置在三棱镜的侧面。

紫外光垂直入射至石英三棱镜，然后折射至ITO薄膜，再由ITO薄膜全反射。本实施方式中选取2cm*2cm*0.3cm规格的ITO薄膜，为满足紫外光垂直入射和在ITO薄膜壁上发生全反射，选取顶角最大为102度的石英三棱镜。阳极板与ITO薄膜的电压差选为100V，间隙选为1cm。以上各参数可根据具体情况进行修改优化。电子从ITO薄膜逸出，阳极板镂空，电子通过阳极板的孔洞导出阴极，从而为电推进器提供高能电子。本实施方式中紫外光源400采用紫外线激光器实现。

具体实施方式三：结合图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极作进一步说明，本实施方式中，石英体100为圆柱形，ITO薄膜200设置在圆柱的底面。

ITO薄膜设置在圆柱上底面上，紫外光垂直从石英下底面射入。本法实施方式中紫外光源400采用紫外灯实现。

具体实施方式四：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极作进一步说明，本实施方式中，还包括凹面镜500和平面镜600；紫外光源400采用推进器羽流区的辐射光实现；推进器羽流区的辐射光依次经凹面镜和平面镜反射至石英体100。

本实施方式中，去掉紫外线激光器或者紫外灯。利用凹面镜和平面镜配合将推进器羽流区的辐射光收集并反射到ITO薄膜面上。由于省去了需要另配备的紫外光源，进一步减小了装置的体积，减轻了装置的重量，节约了能量。

图3中700为霍尔推力器或离子推力器，800为羽流区。

具体实施方式五：结合图4和5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极作进一步说明，本实施方式中，阳极板300为圆环形或均匀分布多个圆孔的圆形。

阳极板300采用圆环形或均匀分布多个圆孔的圆形，由ITO薄膜200逸出的电子可以由阳极板300导出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，其特征在于，包括石英体(100)、ITO薄膜(200)和紫外光源(400)；

石英体(100)和阳极板(300)相对平行放置，石英体(100)面向阳极板(300)的一侧设有ITO薄膜(200)，阳极板(300)上施加的电压高于ITO薄膜(200)的电压；

紫外光源(400)出射的紫外光由石英体(100)透射至ITO薄膜(200)，ITO薄膜(200)将紫外光全反射，ITO薄膜(200)逸出的电子由阳极板(300)的孔洞穿出；

还包括凹面镜(500)和平面镜(600)；紫外光源(400)采用推进器羽流区的辐射光实现；

推进器羽流区的辐射光依次经凹面镜(500)和平面镜(600)反射至石英体(100)。

2.根据权利要求1所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，其特征在于，所述石英体(100)为石英三棱镜，ITO薄膜(200)设置在三棱镜的侧面。

3.根据权利要求1所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，其特征在于，所述石英体(100)为圆柱形，ITO薄膜(200)设置在圆柱的底面。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，其特征在于，所述紫外光源(400)采用紫外线激光器或紫外灯实现。

5.根据权利要求1所述的一种用于低功率电推进器的背照式光阴极，其特征在于，所述阳极板(300)为圆环形或均匀分布多个圆孔的圆形。