图 谐振倍频产生589nm黄光照片

        天文观测中，当光线通过大气层时，波前会发生畸变，使得地面的大型天文望远镜不能达到预期的分辨率。天文学家们采用自适应光学技术来补偿大气湍流引起的波前畸变，实现高分辨成像。自适应光学技术需要亮星作为导引。广泛采用的方法是用激光激发90公里高空的钠原子层，钠原子发光形成人工导引星，称为钠导星。用于产生钠导星的激光器需要满足一系列要求，包括：与钠原子吸收线共振、窄线宽、高功率、稳定性好等等。

        本项研究中，科研人员采用窄线宽半导体激光器作为种子激光器，设计两级拉曼光纤放大器进行功率放大，获得的高功率1178 nm激光再通过一个谐振倍频腔产生589nm激光，波长锁定于钠原子D2a吸收线。研究过程中，发展了高功率拉曼光纤激光器、高功率窄线宽光纤放大器、高效率谐振腔倍频等核心关键技术。同一激光装置可以连续波或长脉冲运转。连续波运转时，输出功率 >50 W（最大57 W）；矩形长脉冲运转时，峰值功率> 80 W，重复率（500 Hz to 10 kHz）和脉宽（1 ms to 30 μs）连续可调。光束质量近衍射极限，线宽<5 MHz（如需要，可调宽）。另外，输出中包含离主峰蓝移1.71GHz的再泵浦光谱分量，用于提高钠荧光激发效率。再泵浦分量的比例和相对主峰的频移量可连续调谐。所研制的基于光纤的钠导星激光器，因其运转方式与光谱特性的灵活性，以及光纤激光器高效率、小体积和鲁棒性的优势，是理想的天文用钠导星激光器。

        除天文观测之外，星地激光通信、空间碎片激光跟踪与清理等同样受大气湍流的制约，需要钠导星自适应光学技术来补偿波前畸变。所研制的光纤钠导星激光器预期在这些领域也将得到应用。

        该项研究得到了中国科学院百人计划、863计划、国家自然科学基金等项目的支持。（空间激光信息技术研究中心供稿）

左：钠导星激光的重复率与脉宽调谐；右：带再泵浦分量的钠导星激光输出精细光谱