Forskare vid Macquarie University har utvecklat ett förbättrat lasersystem som hjälper stora optiska teleskop att samla in mer exakta data.

Markbaserade optiska teleskop med stor diameter använder nu rutinmässigt laserstrålgenererade konstgjorda guidestjärnor, skapad i atmosfärens högre nivåer. Dessa konstgjorda stjärnor tillåter användare att korrigera atmosfäriska avvikelser av ljus som passerar till och från rymden, med adaptiv optik. De är avgörande för high fidelity-överföring av data för applikationer i både optiskt ledigt utrymme och jord-till-jord-kommunikation, vid avbildning och spårning av rymdskräp, och för astronomi.

Principen innebär att man använder en exakt avstämd laser för att aktivera atomer i natriumskiktet som förekommer naturligt i mesosfären, på en höjd av cirka 90 km. Dessa atomer avger laserljus, tillfälligt skapa en glödande konstgjord stjärna. Det har utvecklats ett antal tekniker för att göra detta, men att generera den specifika våglängden har varit en ökänd utmaning som hittills har behövt opraktiska tillvägagångssätt.

Nu har forskare från MQ Photonics Research Center vid Macquarie University visat att diamantramanlasrar är ett mycket effektivt sätt att generera den exakta produktionen som behövs. De har för första gången visat en kontinuerlig våg 589 nm diamantlaser för guidestar-applikationer. Beskrivs i Optikbokstäver , lasern levererade högre effekt och effektivitet än tidigare styrstjärnslasersystem av sin typ.

Dessa egenskaper är redan konkurrenskraftiga med andra tillvägagångssätt, men den verkliga betydelsen av resultatet är att tekniken kan vidareutvecklas för att höja kvaliteten på framtida guidestjärnor. Diamant kan sprida värme snabbt, och är mindre benägen för oönskade optiska snedvridningar. Denna kombination ger en väg mot att producera mer kraftfulla guidestjärnstrålar. Forskarna förutspår att dess extra flexibilitet, som att leverera lasereffekten som en serie optiska mikrosekundpulser, kommer också att vara en fördel för adaptiva optiska system. Förutom effektskalning, diamantnatriumlaserkonceptet är lovande för att generera pulsutmatning med mikrosekundslängd med samtidig hög toppeffekt och medeleffekt, att göra det möjligt att generera fler punktliknande stjärnor genom adaptiva optiska system, tillsammans med andra förbättringar.

"Applikationerna behöver ljusare guidestjärnor med minskad stjärnförlängning och bakgrundsljud, och det här är aspekter som vårt diamantlasermetod ser ut att kunna ta itu med, "säger Dr Xuezong Yang, ledande experimentist på projektet. "Vår strategi är också mycket praktisk, för eftersom diamantelementets inneboende förstärkningsegenskaper betyder att lasern befinner sig på en enda smal frekvens. Detta håller vår design enkel, och enheten potentiellt robust och billig. "

Diamantlasern är i klassen lasrar som kallas Raman -lasrar, och fungerar genom stimulerad spridning snarare än stimulerad utsläpp. Forskarna har funnit att denna kärnskillnad gör att lasern kan arbeta mer stabilt på en ren enda frekvens.

Författarna tror att vi snart kommer att se diamantlasrar på teleskop och på högre nivåer. "Vi tror att diamantmetoden kommer att ge ett intressant system för att kraftigt utöka ljusstyrkan och kvaliteten på framtida guidestjärnor. Ljusatom-interaktionen i natriumskiktet råkar vara extremt komplex, men detta ger intressanta möjligheter att anpassa lasrar för att öka prestandan hos adaptiva optiska system från jord till rymd. "säger professor Rich Mildren, forskningsledaren för detta arbete.