Onderzoekers van Macquarie University hebben een verbeterd lasersysteem ontwikkeld waarmee grote optische telescopen nauwkeurigere gegevens kunnen verzamelen.

Op de grond gebaseerde optische telescopen met grote diameter gebruiken nu routinematig door laserstralen gegenereerde kunstmatige gidssterren, ontstaan ​​in de hogere lagen van de atmosfeer. Met deze kunstmatige sterren kunnen gebruikers atmosferische aberraties corrigeren van licht dat van en naar de ruimte gaat, met behulp van adaptieve optica. Ze zijn cruciaal voor high-fidelity-transmissie van gegevens voor toepassingen in zowel optische vrije ruimte als grond-naar-aarde-communicatie, in beeldvorming en tracking van ruimtepuin, en voor astronomie.

Het principe omvat het gebruik van een nauwkeurig afgestemde laser om atomen in de natriumlaag te activeren die van nature in de mesosfeer voorkomt, op een hoogte van ongeveer 90 km. Deze atomen zenden het laserlicht opnieuw uit, tijdelijk een gloeiende kunstmatige ster creëren. Er zijn een aantal technologieën ontwikkeld om dit te doen, maar het genereren van die specifieke golflengte was een beruchte uitdaging die tot nu toe onpraktische benaderingen nodig had.

Nu hebben onderzoekers van het MQ Photonics Research Center van Macquarie University aangetoond dat diamanten Raman-lasers een zeer efficiënte manier zijn om de precieze output te genereren die nodig is. Ze hebben voor het eerst een 589 nm diamantlaser met continue golf gedemonstreerd voor guidestar-toepassingen. Beschreven in Optica Letters , de laser leverde een hoger vermogen en een hoger rendement dan eerdere geleide-sterlasersystemen in zijn soort.

Deze kenmerken zijn al concurrerend met andere benaderingen, maar de echte betekenis van het resultaat is dat de technologie verder kan worden ontwikkeld om de kwaliteit van toekomstige gidssterren te verhogen. Diamant kan warmte snel afvoeren, en is minder vatbaar voor ongewenste optische vervormingen. Deze combinatie biedt een weg naar het produceren van krachtigere gidssterstralen. De onderzoekers voorspellen dat de extra flexibiliteit, zoals het leveren van het laservermogen als een reeks optische pulsen van microseconden, zal ook een voordeel zijn voor adaptieve optische systemen. Evenals machtsschaling, het diamantnatriumlaserconcept is veelbelovend voor het genereren van een gepulseerde output van microseconden met gelijktijdig hoog piekvermogen en gemiddeld vermogen, om meer puntachtige sterren te genereren via adaptieve optische systemen, samen met andere verbeteringen.

"De toepassingen hebben helderdere gidssterren nodig met minder sterverlenging en achtergrondruis, en dit zijn aspecten die onze diamantlaserbenadering lijkt te kunnen aanpakken, " zegt Dr. Xuezong Yang, leidende experimentator op het project. "Onze aanpak is ook heel praktisch, omdat de intrinsieke versterkingseigenschappen van het diamantelement betekenen dat de laser op een enkele smalle frequentie werkt. Dit houdt ons ontwerp eenvoudig, en het apparaat potentieel robuust en goedkoop."

De diamantlaser valt in de klasse van lasers die Raman-lasers worden genoemd, en werkt door gestimuleerde verstrooiing in plaats van gestimuleerde emissie. De onderzoekers hebben ontdekt dat dit kernverschil de laser in staat stelt stabieler te werken op een zuivere enkele frequentie.

De auteurs denken dat we binnenkort diamantlasers zullen zien op telescopen en op hogere niveaus. "Wij geloven dat de diamantbenadering een interessant systeem zal bieden om de helderheid en kwaliteit van toekomstige gidssterren aanzienlijk te vergroten. De interactie tussen licht en atomen in de natriumlaag is buitengewoon complex, maar dit biedt interessante mogelijkheden om lasers aan te passen om de prestaties van adaptieve optische systemen van aarde naar ruimte te verbeteren", zegt professor Rich Mildren, de onderzoeksleider voor dit werk.