中國(guó)研制高功率光纖鈉導(dǎo)星激光器 達(dá)國(guó)際之最

　　ICCSZ訊 近日，中科院上海光機(jī)所空間激光信息技術(shù)研究中心研究員馮衍課題組，采用基于窄線寬拉曼光纖放大器和諧振倍頻的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了高功率、運(yùn)轉(zhuǎn)模式與光譜特性靈活、結(jié)構(gòu)緊湊的鈉導(dǎo)星激光器。相關(guān)研究成果發(fā)表于《激光和光子學(xué)評(píng)論》。

　　天文學(xué)家們采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來(lái)補(bǔ)償大氣湍流引起的波前畸變，實(shí)現(xiàn)高分辨成像。科研人員采用窄線寬半導(dǎo)體激光器作為種子激光器，設(shè)計(jì)兩級(jí)拉曼光纖放大器進(jìn)行功率放大，獲得的高功率1178 納米激光，再通過(guò)一個(gè)諧振倍頻腔產(chǎn)生589納米激光。研究人員發(fā)展了高功率拉曼光纖激光器、高功率窄線寬光纖放大器、高效率諧振腔倍頻等核心關(guān)鍵技術(shù)。同一激光裝置可以連續(xù)波或長(zhǎng)脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù)波運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出功率大于50 瓦(最大57 瓦);矩形長(zhǎng)脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，峰值功率大于80瓦，重復(fù)率和脈寬連續(xù)可調(diào);為光纖鈉導(dǎo)星激光器國(guó)際最高水平，光束質(zhì)量近衍射極限。

中國(guó)研制出世界最高功率全固態(tài)鈉導(dǎo)星激光器

　　據(jù)日前召開(kāi)的第20屆國(guó)際高功率激光系統(tǒng)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議上獲悉，平均功率達(dá)81瓦的當(dāng)今世界最高水平、最大功率全固態(tài)鈉導(dǎo)星激光器，已由中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所研制成功，未來(lái)其可在大型望遠(yuǎn)鏡、激光大氣傳輸?shù)瓤蒲蓄I(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

　　在天文觀測(cè)成像中，由觀測(cè)目標(biāo)發(fā)射的光線在穿越大氣層時(shí)會(huì)發(fā)生波前畸變，將導(dǎo)致其成像質(zhì)量降低，因此大型望遠(yuǎn)鏡往往需要足夠亮度的“信標(biāo)光源”用于探測(cè)大氣擾動(dòng)，并進(jìn)行自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償校正，以大幅度提高成像分辨率。通過(guò)激光器將589納米波長(zhǎng)的黃激光射向天空，引起大氣層90千米至100千米高度鈉原子共振、散射產(chǎn)生高亮度“人造”鈉導(dǎo)星，一直是世界各國(guó)科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。目前，鈉導(dǎo)星激光器已成為TMT(30米望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃)等大型望遠(yuǎn)鏡的核心關(guān)鍵設(shè)備之一。

　　2004年起，中物院應(yīng)用電子所選取脈沖體制鈉導(dǎo)星技術(shù)路線，圍繞固體激光腔外、頻鈉導(dǎo)星等目標(biāo)啟動(dòng)該項(xiàng)攻關(guān)，逐步實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展技術(shù)方案設(shè)計(jì)及脈沖激光譜線精確控制、高能量激光定標(biāo)放大、高效率和頻等多項(xiàng)突破。該所于2012年在國(guó)內(nèi)首次研制出大于300毫焦耳單脈沖能量鈉導(dǎo)星激光器，實(shí)現(xiàn)平均功率19瓦、重頻50赫茲，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)鈉導(dǎo)星回光單幀波面的探測(cè)與閉環(huán)。在此基礎(chǔ)上，今年中物院鈉導(dǎo)星激光器項(xiàng)目組利用高能量基頻激光放大技術(shù)、譜線精確閉環(huán)控制技術(shù)、高效率遠(yuǎn)場(chǎng)激光和頻技術(shù)等方面的重要突破，將鈉導(dǎo)星激光器平均功率進(jìn)一步提高至81瓦，該平均功率是當(dāng)今世界上全固態(tài)鈉導(dǎo)星激光器的最高水平。

　　新研制的高性能鈉導(dǎo)星激光器具備譜線高精度、高平均功率、高光束質(zhì)量等特點(diǎn)。在光譜方面，激光器波長(zhǎng)與鈉原子吸收譜線穩(wěn)定、精確對(duì)準(zhǔn)，精度達(dá)到0.2皮米;在頻域方面，激光譜線寬度達(dá)到亞GHz，可謂“不胖不瘦”。此外，由于其采用1064nm、1319nm固體激光和頻技術(shù)，科研人員還突破了高功率下兩臺(tái)激光器時(shí)域與空域同步技術(shù)、激光線寬壓窄技術(shù)、高效率和頻技術(shù)等多項(xiàng)難點(diǎn)。未來(lái)，該研究成果將在天文觀測(cè)、大氣觀測(cè)、激光大氣傳輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮重要作用。