中國研制高功率光纖鈉導(dǎo)星激光器 達國際之最

　　ICCSZ訊 近日，中科院上海光機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，實現(xiàn)了高功率、運轉(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)評論》。

　　天文學(xué)家們采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來補償大氣湍流引起的波前畸變，實現(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)計兩級拉曼光纖放大器進行功率放大，獲得的高功率1178 納米激光，再通過一個諧振倍頻腔產(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)波或長脈沖運轉(zhuǎn)。連續(xù)波運轉(zhuǎn)時，輸出功率大于50 瓦(最大57 瓦);矩形長脈沖運轉(zhuǎn)時，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)星激光器國際最高水平，光束質(zhì)量近衍射極限。

中國研制出世界最高功率全固態(tài)鈉導(dǎo)星激光器

　　據(jù)日前召開的第20屆國際高功率激光系統(tǒng)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議上獲悉，平均功率達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，已由中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所研制成功，未來其可在大型望遠鏡、激光大氣傳輸?shù)瓤蒲蓄I(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

　　在天文觀測成像中，由觀測目標(biāo)發(fā)射的光線在穿越大氣層時會發(fā)生波前畸變，將導(dǎo)致其成像質(zhì)量降低，因此大型望遠鏡往往需要足夠亮度的“信標(biāo)光源”用于探測大氣擾動，并進行自適應(yīng)光學(xué)補償校正，以大幅度提高成像分辨率。通過激光器將589納米波長的黃激光射向天空，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，一直是世界各國科學(xué)家們的研究熱點。目前，鈉導(dǎo)星激光器已成為TMT(30米望遠鏡計劃)等大型望遠鏡的核心關(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)啟動該項攻關(guān)，逐步實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展技術(shù)方案設(shè)計及脈沖激光譜線精確控制、高能量激光定標(biāo)放大、高效率和頻等多項突破。該所于2012年在國內(nèi)首次研制出大于300毫焦耳單脈沖能量鈉導(dǎo)星激光器，實現(xiàn)平均功率19瓦、重頻50赫茲，在國內(nèi)首次實現(xiàn)鈉導(dǎo)星回光單幀波面的探測與閉環(huán)。在此基礎(chǔ)上，今年中物院鈉導(dǎo)星激光器項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)、高效率遠場激光和頻技術(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。在光譜方面，激光器波長與鈉原子吸收譜線穩(wěn)定、精確對準，精度達到0.2皮米;在頻域方面，激光譜線寬度達到亞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激光器時域與空域同步技術(shù)、激光線寬壓窄技術(shù)、高效率和頻技術(shù)等多項難點。未來，該研究成果將在天文觀測、大氣觀測、激光大氣傳輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮重要作用。