我国成功开展激光导星联合外场实验

【编者按】TMT激光导星系统是美国、加拿大、日本、中国、印度的国立天文机构联合建造的30米地面大型光学望远镜(TMT)的子系统。

日前，中科院国家天文台联合理化所、光电所与三十米望远镜（TMT）项目总部专家一起，在国家天文台兴隆观测站成功进行了系列激光导星联合外场实验。

所谓激光导星，是指利用激光器技术，发射准确的钠黄光（波长589nm），激发90～100公里高度的大气层的钠层，所产生的人造“星像”或“信标”。基于激光导星，配备自适应（AO）光学系统的望远镜，可以校正大气对原始星像的扰动，使得地基大型光学—红外望远镜对天体目标的观测达到口径衍射极限空间分辨率。

此次实验，重在检验中科院理化所自主研发的全固态激光钠信标激光器原理样机的物理性能指标，能否满足下一代巨型望远镜TMT的多层共轭自适应光学（MCAO）系统的使用要求。

为了达到实验目的，国家天文台会同理化所、光电所和TMT项目总体部专家，自2010年起组成了联合实验组，开展了多年分工协作。此次在兴隆进行的实验，是对钠激光器原理样机性能能否满足TMT30多项技术指标要求的全面检验，诸多国内外专家都十分期待实验结果。

据了解，研制多套钠信标激光器及激光导星发射装置，并产生激光导星星群，是国家天文台参与TMT国际天文台建设（2014～2024）实物贡献的两项重要研发任务，是TMT/MCAO系统功能实现的关键，将有助于TMT实现在宽视场范围，改正大气扰动影响，达到30米口径衍射极限分辨率。相较于哈勃空间望远镜，TMT的空间分辨率将提高10倍以上。基于激光导星群的自适应光学，是今后大型光学—红外天文望远镜技术发展的必然趋势。

中国科学院国家天文台副台长薛随建在其个人微博上发布一张照片。照片中，一束激光从地面直射入天空。据悉，这是由中科院光电所设计制造的TMT激光导星系统进行试验的画面。

TMT激光导星子系统试验

TMT激光导星系统是美国、加拿大、日本、中国、印度的国立天文机构联合建造的30米地面大型光学望远镜（TMT）的子系统。TMT的主镜直径为30米，由492面对角直径为1.4米的六角形子镜面拼接组成，可提供9倍于凯克望远镜的集光本领，其图像分辨率也比当前所能 达到的最高分辨率高出3倍。根据观测目标和方法的不同，它的探测深度将是当代望远镜的10—100倍，可以观测距离地球130亿光年的宇宙区域景象以及宇 宙早期形成的星体和星系，有望帮助科学家在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域取得重大突破。

激光导星子系统是TMT项目精确观测的重要保障。由于大气中存在湍流、密度分层等现象，会对天文观测形成干扰，导致影像变得模糊，这就需要自适应光学系统进行矫正、还原。纠正的具体方式为向空中发射高能激光，在海拔90公里处制造人工“导星”，通过不断对其检测，实时测得大气湍流的具体情况，再借助变形镜高速精密的调整，让图像恢复得清晰锐利。

30米地面大型光学望远镜想象图

形成人工“导星”的高能激光，由中科院理化所承担的高功率全固态脉冲纳信标激光器来发射。这是国产激光器首次在国际顶尖科研装备中应用。新研制的高性能钠导星激光器具备谱线高精度、高平均功率、高光束质量等特点。在光谱方面，激光器波长与钠原子吸收谱线稳定、精确对准，精度达到0.2皮 米；在频域方面，激光谱线宽度达到亚GHz，可谓“不胖不瘦”。此外，由于其采用1064nm、1319nm固体激光和频技术，科研人员还突破了高功率下 两台激光器时域与空域同步技术、激光线宽压窄技术、高效率和频技术等多项难点。

除了TMT激光导星子系统，国家天文台及南京天光所还联合中科院长春光机所，承担了TMT主镜子镜单元高精度磨制技术的研发，部分子镜的加工任务以及TMT第三镜及其驱动机构的设计、制造工作。

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