近期，中科院上海光機所空間激光信息技術(shù)研究中心、上海市全固態(tài)激光器與應用技術(shù)重點實驗室馮衍研究員課題組在鈉導星激光器技術(shù)研究中取得重要進展，他們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的結(jié)構(gòu)緊湊的鈉導星激光器。研究工作以長文形式總結(jié)發(fā)表于光學類國際著名學術(shù)期刊Laser and Photonics Review（IF=9.313）[Laser Photonics Rev. 8, 889–895 (2014)]。 

     天文觀測中，當光線通過大氣層時，波前會發(fā)生畸變，使得地面的大型天文望遠鏡不能達到預期的分辨率。天文學家們采用自適應光學技術(shù)來補償大氣湍流引起的波前畸變，實現(xiàn)高分辨成像。自適應光學技術(shù)需要亮星作為導引。廣泛采用的方法是用激光激發(fā)90公里高空的鈉原子層，鈉原子發(fā)光形成人工導引星，稱為鈉導星。用于產(chǎn)生鈉導星的激光器需要滿足一系列要求，包括：與鈉原子吸收線共振、窄線寬、高功率、穩(wěn)定性好等等。 

     本項研究中，科研人員采用窄線寬半導體激光器作為種子激光器，設計兩級拉曼光纖放大器進行功率放大，獲得的高功率1178 nm激光再通過一個諧振倍頻腔產(chǎn)生589nm激光，波長鎖定于鈉原子D2a吸收線。研究過程中，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 >50 W（最大57 W）；矩形長脈沖運轉(zhuǎn)時，峰值功率> 80 W，重復率（500 Hz to 10 kHz）和脈寬（1 ms to 30 µs）連續(xù)可調(diào)。光束質(zhì)量近衍射極限，線寬<5 MHz（如需要，可調(diào)寬）。另外，輸出中包含離主峰藍移1.71GHz的再泵浦光譜分量，用于提高鈉熒光激發(fā)效率。再泵浦分量的比例和相對主峰的頻移量可連續(xù)調(diào)諧。所研制的基于光纖的鈉導星激光器，因其運轉(zhuǎn)方式與光譜特性的靈活性，以及光纖激光器高效率、小體積和魯棒性的優(yōu)勢，是理想的天文用鈉導星激光器。 

      除天文觀測之外，星地激光通信、空間碎片激光跟蹤與清理等同樣受大氣湍流的制約，需要鈉導星自適應光學技術(shù)來補償波前畸變。所研制的光纖鈉導星激光器預期在這些領域也將得到應用。 

     該項研究得到了中國科學院百人計劃、863計劃、國家自然科學基金等項目的支持。（空間激光信息技術(shù)研究中心供稿）
 

圖1 左：鈉導星激光的重復率與脈寬調(diào)諧；右：帶再泵浦分量的鈉導星激光輸出精細光譜



圖2 諧振倍頻產(chǎn)生589nm黃光照片