11月24日至12月17日,中國科學院國家天文臺聯合理化技術研究所、光電技術研究所,與三十米望遠鏡(TMT)項目總部專家一道,在國家天文臺興隆觀測站成功進行了系列雷射導星聯合外場試驗。
雷射導星是指利用雷射器技術,發射準確的鈉黃光(波長589nm),激發90-100公裡高度的大氣層的鈉層,所產生的人造「星像」或「信標」。基於雷射導星,配備自適應(AO)光學系統的望遠鏡,可以校正大氣對原始星像的擾動,使得地基大型光學-紅外望遠鏡對天體目標的觀測達到口徑衍射極限空間解析度。
此次實驗重在檢驗中科院理化所自主研發的全固態雷射鈉信標雷射器原理樣機的物理性能指標,能否滿足下一代巨型望遠鏡TMT的多層共軛自適應光學(MCAO)系統的使用要求。為了達到實驗目的,各方自2010年起組成了聯合實驗組,開展了多年的分工協作。TMT總體部負責TMT/MCAO系統對鈉信標雷射器的技術指標論證;國家天文臺負責實驗平臺建設以及實驗數據的分析和仿真模擬;理化所負責雷射研製的技術攻關;光電所負責雷射器發射裝置(LGSF)的研發。聯合實驗組曾於2011年、2013年先後在雲南麗江、加拿大溫哥華UBC大學LZT天文臺進行了前期外場實驗,都成功獲取相關實驗數據。此次興隆實驗,是對鈉雷射器原理樣機性能否滿足TMT30多項技術指標要求的全面檢驗,諸多國內外專家都十分期待實驗結果。
在國際實驗團隊的聯合努力下,本次實驗成功實現了導星發射,導星亮度達到V=7.1等,導星光斑接近大氣視寧度水平。實驗過程中成功解決了雷射器抖動與頻率漂移問題。實現了在開機10小時情況下穩定的功率輸出:26W@800Hz。該項重要技術指標,已超出20W@800Hz的TMT要求;由於雷射器信標波長穩定,驗證了不同偏振輸出狀態下產生導星亮度的理論預期,特別是驗證了在圓偏振狀態下,D2b二次泵浦對增強導星亮度的有效性。興隆實驗說明,在絕大多數重要的性能指標方面,理化所雷射器已達到了TMT項目的嚴格要求,為2015年1月迎接國際專家評審打下了基礎,並為下一步工程化積累了經驗。
雷射導星發射現場
實驗組對雷射器進行調試