改进型激光系统将有助于大型光学望远镜收集更精确的数据

麦考瑞大学的研究人员开发了一种改进的激光系统，将有助于大型光学望远镜收集更精确的数据。

大直径的地面光学望远镜现在通常使用激光束产生人造导星，这种人造导星是在较高的大气层中产生的。这些人造恒星允许用户使用自适应光学技术来校正进出太空的光的大气像差。它们对于数据的高保真传输至关重要，可用于光学自由空间和地对地通信、空间碎片成像和跟踪以及天文学。

这一原理包括使用精确调谐的激光来激发钠层中的原子，钠层是在大约90公里的高空中自然形成的。这些原子重新发射激光，暂时形成一颗发光的人造恒星。已经开发了许多技术来实现这一点，但产生特定波长一直是一个让人棘手的挑战，迄今为止仍没有特别有效的方法。

现在，麦考瑞大学光子学研究中心的研究人员已经证明，金刚石拉曼激光器是产生所需精确输出的高效方法。他们首次展示了用于导星应用的589nm连续波金刚石激光器。研究人员描述了这种激光器，相比以前同类的导星激光系统能够提供更高的功率和效率。

这些特点已经与其他方法相媲美，但其结果的真正意义在于，这项技术可以进一步发展，以提高未来的导星质量。金刚石能迅速散热，而且不容易产生不必要的光学畸变。这种组合为产生更强大的导星光束提供了途径。研究人员预测，其额外的灵活性，如以一系列微秒光脉冲的形式提供激光功率，也将有利于自适应光学系统。除了功率缩放，金刚石钠激光概念有望产生同时具有高峰值功率和平均功率的微秒持续时间脉冲输出，以便通过自适应光学系统以及其他增强功能生成更多点状引导星。

该项目的主要实验人员Xuezong Yang博士说：“这些应用需要更亮的引导星，同时减少引导星伸长率和背景噪声，这些都是我们的钻石激光方法看起来能够解决的问题。我们的方法也非常实用，因为钻石元素的固有增益特性意味着激光可以在单一的窄频率上运行。这使得我们的设计简单，而且该设备具有潜在的鲁棒性和低成本。”

金刚石激光器属于拉曼激光器的范畴，它的工作原理是受激散射而不是受激发射。研究人员发现，这种核心差异使激光器在单一频率下运行更稳定。

作者相信，很快就会在望远镜和更高的水平上看到钻石激光。“钻石方法将提供一个有趣的系统，极大地扩展未来的指导星的亮度和质量。钠层中的光-原子相互作用恰巧极其复杂，但这为利用激光提高地-空自适应光学系统的性能带来了有趣的机会。”这项工作的研究负责人Rich Mildren教授说。

原文链接：https://phys.org/news/2020-04-laser-large-optical-telescopes-accurate.html