近期，上海光機所在鈉激光導引星研究方面取得新進展。空間激光與信息技術研究中心提出一種新的方法，讓連續(xù)波鈉導星激光在左右旋圓偏振態(tài)之間以拉莫爾頻率周期性切換，實現(xiàn)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，從而讓鈉導星激光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，其高空間分辨率的實現(xiàn)依賴于自適應光學系統(tǒng)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(tǒng)的關鍵部分，廣泛采用的方法是用黃色激光激發(fā)90公里高空大氣中間層頂自然存在的鈉原子層，鈉原子發(fā)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(shù)，普遍采用圓偏振激光以提高回波效率。但是，在地磁場環(huán)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。在地磁場與激光束夾角較大時尤其嚴重，而天文觀測中此夾角普遍介于60°到90°之間。
為克服地磁場的影響，有研究人員提出采用拉莫爾進動重復頻率的脈沖激光進行共振抽運的方法，使得激光總是在進動周期的一個固定時間點與原子相互作用。但是，這樣的鈉導星激光器技術難度大，尚未見報道。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(xiàn)方式的區(qū)別是：把進動的鈉原子比擬為秋千，脈沖方法相當于周期性給秋千一個推力，而偏振切換方法相當于周期性地推和拉動秋千。
以歐洲南方天文臺（ESO）在Paranal的激光導星系統(tǒng)為例進行了數(shù)值模擬，結果顯示在激光與地磁場夾角大于60°情況下，即多數(shù)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(xiàn)亮度提升，可以直接用于升級現(xiàn)有的連續(xù)波鈉導星激光系統(tǒng)，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于夏威夷州的Keck望遠鏡等的導星激光系統(tǒng)。
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) 激光強度為10W/m2，再泵浦比例為0.1時，不同激光與磁場夾角下的回波通量。其中CP表示連續(xù)圓偏振，PS代表偏振轉換
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