高功率连续波单频589 nm金刚石钠导星激光器研究(特邀)

面向天文观测等领域对高功率单频589 nm钠导星激光器的应用需求,通过金刚石拉曼谐振及腔内倍频技术结合1018 nm掺镱光纤激光技术,实现了最高功率16.5 W的连续波单频589 nm钠导星激光器研制。建立外腔拉曼振荡及腔内倍频理论,详细分析谐振腔输出耦合率和倍频晶体相位匹配条件对输出激光功率的影响。激光光谱宽度为16 MHz,光束质量因子为1.05,光光转化效率为20%。

高功率准连续微秒脉冲钠导星激光

采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064nm与1319nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程,优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率,通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配,通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500,600,800及1000Hz条件下的和频输出特性,结果显示,该条件下分别产生了53,42.6,27及22 W的589nm激光输出,相应的和频效率分别为21.8%,20.3%,16.9%和16.3%。黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32,脉冲宽度为100μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频,实现频率的波动为±0.2GHz,保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。

金刚石拉曼钠导星激光器技术研究进展

基于钠层的589 nm激光导引星技术,结合地基光学望远镜自适应光学系统,可以有效补偿大气扰动造成的光信号波前畸变,在天文观测、星地激光通信、空间碎片跟踪等诸多领域有着重要的应用前景。介绍了一种新型的589 nm钠导星激光器技术:金刚石拉曼钠导星激光器。金刚石晶体超高的热导率和无空间烧孔效应的增益特性是提高激光输出功率和实现单纵模运转的关键,目前已获得22 W的连续波单频钠导星激光器输出。金刚石拉曼激光器技术提供了一种实现高功率钠激光输出的高效方案,并为高功率微秒脉冲、高重频脉冲、频率啁啾等新型钠导星激光器系统提供了新的思路。

589 nm激光钠导星技术研究综述(特邀)

高功率、窄线宽589 nm激光可激发海拔约90 km处厚度约10 km的钠层原子并产生后向散射荧光。基于589 nm激光的钠导引星是地基光学望远镜自适应光学系统的理想信标光。介绍了激光与钠原子相互作用的谱线跃迁以及钠导星亮度增强技术,论述了钠导星技术的重要应用以及589 nm激光光源的分类和发展。

激光钠导引星技术研究进展

望远镜是人类探索宇宙奥秘最重要的科学工具之一。大型地基光学望远镜对天观测时,大气扰动使星光波前畸变导致其实际分辨率大幅下降,是长期困扰高精度天文观测的重大科技问题。因此世界各大望远镜均在竞相发展自适应光学技术,以校正大气造成的波前畸变,使望远镜达到近衍射极限分辨率,这标志着地基光学望远镜正在进入自适应光学望远镜时代。激光钠导引星是用激光激发海拨约90 km电离层中的钠原子产生的人造亮星,作为自适应光学校正的信标源,是自适应光学望远镜的核心技术之一。文中介绍了激光钠导引星技术的原理、方法与国内外发展状况,尤其是该实验室采用的固体激光和频技术,实现了钠D2线光谱匹配和钠层激发匹配的微秒脉冲钠导引星激光,并在国内外大望远镜上使用获得成功。

用于自适应光学的钠导星激光器研究进展

自适应光学技术在大型地基光学天文望远镜发展中扮演越来越重要的角色,589 nm钠导星激光器是此技术的关键。按产生方式的不同,综述了染料钠导星激光器、全固态钠导星激光器和光纤钠导星激光器,重点从激光产生难度与导星回波效率等方面对不同运转模式的全固态钠导星激光器进行了比较与分析。与连续波运转的钠导星光源相比,以微秒脉冲方式运转的钠导星光源可以采用时间选通机制提高钠导星成像精度,为自适应光学的校正提供了优良的信标。

微秒脉冲激光钠导引星星群技术研究(特邀)

激光钠导引星被称为人造恒星,用于探测和校正光波经大气湍流引起的波前畸变,大幅度提高自适应光学望远镜的成像质量。采用单颗钠导引星探测的有效视场范围有限,通过多束黄激光分别激发大气电离层钠原子产生多颗钠导引星,能在较大视场内获得更清晰的目标成像,在精密天文观测、空间目标探测等领域具有重要应用。文中重点介绍了微秒脉冲激光钠导引星星群的产生,基于100 W级微秒脉冲激光,采用小角度精密偏振分光/并束调控的专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束20 W/束、重复频率kHz、脉冲宽度百微秒的钠激光发射到天空,在40"观测视场内生成四颗导引星,星群构型可调控,如线形、平行四边形、菱形和正方形等,每颗钠导引星亮度约为V波段8等星,光斑大小约3.25"。利用脉冲同步控制技术,钠导引星回波信号可以避免瑞利散射光的干扰,从而获得更高的空间分辨率。这为大口径天文望远镜多层共轭校正系统的研制提供技术参考。

新型钠信标激光器研究进展

自适应光学技术广泛应用于大型地基光学望远镜,以校正大气扰动造成的波前畸变,使望远镜达到近衍射极限分辨率,实现对观测目标的清晰成像。激光钠导引星作为自适应光学校正的信标源,是自适应光学望远镜的核心技术之一。介绍了589nm光抽运垂直外腔面发射半导体钠导引星激光器和掺Dy3+晶体作为增益介质直接发射589nm激光的固体激光器的最新研究进展。这些方案因其具有体积小、效率高、可靠性高、成本低、易维护等优势,被认为是新一代钠导引星激光器有潜力的发展方向。