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巴掌大小的飞秒激光器诞生,更适于下一代太空卫星PNT系统

日期: 2022-06-21
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来源:OFweek激光网


在日益严苛的激光技术应用背景下,超快激光器必须变得更小、更坚固,才能匹配应用于太空的新一代定位、导航、定时(PNT)系统。然而,这些系统之前往往是一个完整的光学平台,占据了不小的空间——而这对于追求轻量化、小体积的太空部件制造而言,显然成为了一大弊端。

不过,最近苏格兰赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)光子与量子科学研究所的研究员Hanna Ostapenko和他的同事们已经看到了一个新的希望,他们可以利用现代键合平台将整个飞秒激光器缩小到手掌大小的样式。

据悉,该研究团队通过将腔组件直接粘接到铝基板上,带来了一种新的制造设计方案,从而离他们的目标更近了一步。他们的目标是建立一个小型的、空间体积占比合理的克尔透镜模型锁定激光器(Kerr-lens modelocked laser)。

在近期的2022年美国激光与光电子学展览会(CLEO)上,Hanna Ostapenko展示了她牵头研发的紧凑型超快激光器新成果,未来这些激光器的体积将会变得足够小,可以简易轻松地安装嵌入于绕地人造卫星的PNT系统上。

据介绍,该团队构建了1.5 ghz和2.85 ghz的克尔透镜模型锁定掺镱钇(Yb:Y2O3)环形激光器,该激光器配置了常见的透镜、反射镜和增益晶体等常见组件,可以直接从腔产生飞秒脉冲。

具体来看,他们此次带来的创新主要基于一种特殊的粘合方法,其灵感来自其工业合作伙伴空中客车防务(Airbus Defense)和航天有限公司(Space GmbH)此前已在航空航天应用中验证过的相关技术。该技术能够以一种不需要光学机械的方式来校准和固定上述激光器中的常见组件,同时确保激光器能够成功产生强大的、自启动的飞秒脉冲。

研究人员表示,这项创新最亮眼的一点在于其表现出来的稳定性:传统的固态激光器通常是静态的,你往往要把它们和许多其他科研用的组件与支架一起放在一个密封的大盒子里,而且尽量不要用力摇晃以防止光机械支架受到干扰震荡。而他们研发的新平台方案可以将所有的激光反射镜都粘在一个底板上,并随时可以随之移动。也就是说,即便你把激光器颠来抛去,所有的组件都会以相同的方式振动。这个稳定的结构也意味着,无论你用它来做什么,其激光操作都不会随之改变,因此作为在太空环境中使用的平台而言,这将会成为一个非常有吸引力的选择方案。

该团队表示,为了让这种激光真正适于部署在卫星之上,他们目前还需要做进一步的研发工作。“底板是我们需要仔细考虑的一个方面,”Hanna Ostapenko表示,“全硅设计可能是首选,但可能会对增益晶体内部产生的热量的热管理提出一些挑战。”

当下,Ostapenko和他的同事们计划下一步以一种紧凑的方式放大激光的输出功率,这样整个系统就能保持固态和稳定。据其称,团队的最终目标是演示一种适用于原子参考计时和导航应用的全光学频率梳结构。



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