近期，上海光機所在鈉雷射導引星研究方面取得新進展。空間雷射與信息技術研究中心提出一種新的方法，讓連續波鈉導星雷射在左右旋圓偏振態之間以拉莫爾頻率周期性切換，實現對鈉原子的磁共振抽運。在共振抽運條件下，原本各自為政作拉莫爾進動的高空鈉原子同步起來，從而讓鈉導星雷射器部分克服地磁場的影響，有效提升光抽運效果。
大口徑地基望遠鏡是觀測宇宙的有力工具，其高空間解析度的實現依賴於自適應光學系統對大氣湍流引起的成像畸變的實時修正。導引星是自適應光學系統的關鍵部分，廣泛採用的方法是用黃色雷射激發90公裡高空大氣中間層頂自然存在的鈉原子層，鈉原子發光形成人工導引星。導引星的亮度是決定自適應光學性能的重要參數，普遍採用圓偏振雷射以提高回波效率。但是，在地磁場環境中，吸收圓偏振光的鈉原子會繞著磁場作拉莫爾進動，大大削弱光抽運的效果。在地磁場與雷射束夾角較大時尤其嚴重，而天文觀測中此夾角普遍介於60°到90°之間。
為克服地磁場的影響，有研究人員提出採用拉莫爾進動重複頻率的脈衝雷射進行共振抽運的方法，使得雷射總是在進動周期的一個固定時間點與原子相互作用。但是，這樣的鈉導星雷射器技術難度大，尚未見報導。上海光機所科研人員提出的方法易行且有效，兩種方法實現方式的區別是：把進動的鈉原子比擬為鞦韆，脈衝方法相當於周期性給鞦韆一個推力，而偏振切換方法相當於周期性地推和拉動鞦韆。
以歐洲南方天文臺（ESO）在Paranal的雷射導星系統為例進行了數值模擬，結果顯示在雷射與地磁場夾角大於60°情況下，即多數天文觀測場景下，回波通量有所增大，夾角為90°時回波通量提高約50%。該方法只需在光路中加一個偏振轉換裝置即可實現亮度提升，可以直接用於升級現有的連續波鈉導星雷射系統，如ESO安裝在智利的VLT望遠鏡、美國空軍實驗室的星火靶場和位於夏威夷州的Keck望遠鏡等的導星雷射系統。
圖1. 偏振轉換共振抽運鈉原子原理示意圖
圖2. (a) 不同偏振條件，不同光強下的回波通量模擬結果；(b) 雷射強度為10W/m2，再泵浦比例為0.1時，不同雷射與磁場夾角下的回波通量。其中CP表示連續圓偏振，PS代表偏振轉換