最近，他們?cè)趪?guó)外成功開(kāi)展了鈉信標(biāo)激光外場(chǎng)試驗(yàn)，被國(guó)際最大口徑的三十米望遠(yuǎn)鏡（TMT）項(xiàng)目評(píng)價(jià)為“巨大進(jìn)展”。“中科院理化所已掌握高功率鈉信標(biāo)激光器技術(shù)”，TMT向美國(guó)國(guó)防技術(shù)安全局（DTSA）提出了如是論斷，自此打破該技術(shù)對(duì)中國(guó)的禁運(yùn)。
       1月29日，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮向中國(guó)工程院院士許祖彥及其項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)表示祝賀：“理化所鈉信標(biāo)激光技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，這將對(duì)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。這是中國(guó)科學(xué)院人的自豪，更是落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記‘四個(gè)率先’的行動(dòng)和體現(xiàn)。”

讓鈉原子“亮”起來(lái)

        一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星。不過(guò)，對(duì)于大型地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，滿天的星星里能“用”的卻不多。
 

       據(jù)了解，天體發(fā)出的光經(jīng)過(guò)大氣層后，會(huì)導(dǎo)致其成像質(zhì)量降低。為解決這一問(wèn)題，大型地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡就需要利用足夠亮的信標(biāo)光源探測(cè)大氣擾動(dòng)的影響，進(jìn)而作自適應(yīng)光學(xué)校正。最早人們將天狼星等亮星作為信標(biāo)光源，但自然界的亮星并不多，因而依賴這些亮星只能看清大約1%天區(qū)內(nèi)的天體。
 

       為了清晰地觀測(cè)更多星體，前人想出了“激光鈉信標(biāo)”的辦法，即點(diǎn)亮鈉原子，讓589納米波長(zhǎng)黃激光與大氣頂層（距地面80至105公里）中的鈉原子作用形成“人造星星”——鈉信標(biāo)。目前，鈉信標(biāo)激光設(shè)備已經(jīng)成為包括TMT在內(nèi)的大型望遠(yuǎn)鏡的核心關(guān)鍵設(shè)備之一。
 

       但是，難就難在怎么能讓鈉原子“亮”起來(lái)。“鈉原子的譜線特別窄，要點(diǎn)‘亮’鈉原子，就要讓激光光子能量與鈉原子的電子躍遷能級(jí)完全吻合，從而引起共振。所以，激光的波長(zhǎng)要非常精準(zhǔn)地對(duì)準(zhǔn)鈉原子譜線，并且把所有能量都集中在這個(gè)極窄的譜線縫里，真好比針尖對(duì)麥芒。”項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、理化所激光物理與技術(shù)研究中心研究員薄勇告訴記者。

“眼前一亮”

       2013年的夏天讓薄勇難忘。7月25日，在TMT的安排和中科院國(guó)家天文臺(tái)的協(xié)調(diào)下，他和理化所研究人員左軍衛(wèi)、謝仕永，代表激光物理與技術(shù)研究中心，將“新鮮出爐”的鈉信標(biāo)激光器打包穩(wěn)妥，奔赴加拿大，并在加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（UBC）天文臺(tái)的6米望遠(yuǎn)鏡上開(kāi)展外場(chǎng)試驗(yàn)。

        2013年8月12日至9月5日，這臺(tái)激光器在UBC天文臺(tái)連續(xù)運(yùn)行了近一個(gè)月。不僅如此，此次試驗(yàn)他們僅用20瓦激光功率，就使鈉導(dǎo)引星回波效率超過(guò)了TMT的要求。

       中科院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)、中國(guó)TMT項(xiàng)目經(jīng)理薛隨建在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)評(píng)價(jià)：“這次試驗(yàn)的確讓國(guó)際同行眼前一亮。”目前，TMT已將理化所的第二代鈉信標(biāo)激光器列為首選，歐洲南方天文臺(tái)的第一代鈉信標(biāo)激光器列為備選。為此，歐南臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)TimdeZeeuw寫(xiě)信向TMT董事會(huì)投訴，懷疑中國(guó)的激光器侵犯了他們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，TMT以兩代激光器在體制上完全不同為由駁回投訴。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

三個(gè)數(shù)字八年艱辛

     從國(guó)際研究鈉信標(biāo)激光器的步伐來(lái)看，理化所起步并不早。

     上世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)、日本等都在大力發(fā)展鈉信標(biāo)激光，采用的是連續(xù)波體制，稱為第一代；近年來(lái)，美國(guó)開(kāi)發(fā)了準(zhǔn)連續(xù)微秒脈沖體制，被稱為第二代。

13瓦、33瓦、53瓦，3個(gè)數(shù)字濃縮了8年歷程。

    2006年，理化所激光物理與技術(shù)研究中心主任彭欽軍提出直接發(fā)展第二代鈉信標(biāo)激光；2009年，功率達(dá)13瓦的589納米波長(zhǎng)高功率準(zhǔn)連續(xù)微秒脈沖體制全固態(tài)鈉信標(biāo)激光誕生；2010年，功率提高到33瓦；2011年4月，第一臺(tái)鈉信標(biāo)激光器試驗(yàn)樣機(jī)誕生，并在外場(chǎng)試驗(yàn)中打出當(dāng)時(shí)世界最亮的第二代鈉導(dǎo)引星；2012年，功率到達(dá)53瓦；2013年7月至9月，第二臺(tái)鈉信標(biāo)激光器在國(guó)外外場(chǎng)試驗(yàn)取得成功。

    “這體現(xiàn)了我們的科研實(shí)力，也提升了士氣。”彭欽軍告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“此次成功為我國(guó)自主發(fā)展大型高分辨率望遠(yuǎn)鏡及其探測(cè)成像設(shè)備奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。如果在國(guó)際最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡上裝備中國(guó)的關(guān)鍵儀器設(shè)備，可極大提升我國(guó)的科技影響力。”

     目前的成功還是階段性的，在薛隨建看來(lái)，艱辛的路還沒(méi)走完。“今年4月，TMT項(xiàng)目將按照‘三十米望遠(yuǎn)鏡國(guó)際天文臺(tái)（TIO）總協(xié)議’，要求合作各方簽署協(xié)議以繼續(xù)完成包括鈉信標(biāo)激光器在內(nèi)的多項(xiàng)TMT核心設(shè)備的研制。在鈉信標(biāo)激光器技術(shù)面臨嚴(yán)峻的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下，要保障我們的儀器設(shè)備最終勝出并得到高顯示度應(yīng)用，還需國(guó)家和中科院的進(jìn)一步支持。”薛隨建說(shuō)。