左圖：激光導(dǎo)星發(fā)射（拍攝者：蘇晨）

右圖上：實(shí)驗(yàn)組在調(diào)試激光器

右圖下：部分參與實(shí)驗(yàn)人員（從左到右）：理化所姚吉、光電所富瀚初、光電所李敏、TMT總部Angel Otarola、國臺(tái)馮麓、理化所卞齊

2014年12月，中科院國家天文臺(tái)聯(lián)合理化所、光電所與三十米望遠(yuǎn)鏡（TMT）項(xiàng)目總部專家一起，在國家天文臺(tái)興隆觀測站，成功進(jìn)行了系列激光導(dǎo)星聯(lián)合外場試驗(yàn)。

所謂激光導(dǎo)星，是指利用激光器技術(shù)，發(fā)射準(zhǔn)確的鈉黃光（波長589nm），激發(fā)90－100公里高度的大氣層的鈉層，所產(chǎn)生的人造“星像”或“信標(biāo)”。基于激光導(dǎo)星，配備自適應(yīng)（AO）光學(xué)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，可以校正大氣對原始星像的擾動(dòng)，使得地基大型光學(xué)-紅外望遠(yuǎn)鏡對天體目標(biāo)的觀測達(dá)到口徑衍射極限空間分辨率。

此次實(shí)驗(yàn)，重在檢驗(yàn)中科院理化所自主研發(fā)的全固態(tài)激光鈉信標(biāo)激光器原理樣機(jī)的物理性能指標(biāo)，能否滿足下一代巨型望遠(yuǎn)鏡TMT的多層共軛自適應(yīng)光學(xué)（MCAO）系統(tǒng)的使用要求。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，中科院國家天文臺(tái)會(huì)同理化所、光電所和TMT項(xiàng)目總體部專家，自2010年起組成了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)組，開展了多年的分工協(xié)作。TMT總體部負(fù)責(zé)TMT/MCAO系統(tǒng)對鈉信標(biāo)激光器的技術(shù)指標(biāo)論證;國家天文臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和仿真模擬;理化所負(fù)責(zé)激光研制的技術(shù)攻關(guān);光電所負(fù)責(zé)激光器發(fā)射裝置（LGSF）的研發(fā)。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)組曾于2011年，2013年先后在云南麗江，加拿大溫哥華UBC大學(xué)LZT天文臺(tái)進(jìn)行了前期外場實(shí)驗(yàn)，都成功獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此次興隆實(shí)驗(yàn)，是對鈉激光器原理樣機(jī)性能否滿足TMT 30多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求的全面檢驗(yàn)，諸多國內(nèi)外專家都十分期待實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在國際實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的聯(lián)合努力下，本次實(shí)驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)星發(fā)射，導(dǎo)星亮度達(dá)到V=7.1等，導(dǎo)星光斑接近大氣視寧度水平。實(shí)驗(yàn)過程中成功解決了激光器抖動(dòng)與頻率漂移問題。實(shí)現(xiàn)了在開機(jī)10小時(shí)情況的，穩(wěn)定的功率輸出:26W@800Hz。該項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，已超出20W@800Hz的TMT要求；由于激光器信標(biāo)波長穩(wěn)定，驗(yàn)證了不同偏振輸出狀態(tài)下，產(chǎn)生導(dǎo)星亮度的理論預(yù)期，特別是驗(yàn)證了在圓偏振狀態(tài)下，D2b二次泵浦對增強(qiáng)導(dǎo)星亮度的有效性。興隆實(shí)驗(yàn)說明，在絕大多數(shù)重要的性能指標(biāo)方面，理化所激光器已達(dá)到了TMT項(xiàng)目的嚴(yán)格要求，為2015年1月迎接國際專家評(píng)審打下了基礎(chǔ)，并為下一步工程化積累了經(jīng)驗(yàn)。我們將繼續(xù)為通過評(píng)審而努力。

研制多套鈉信標(biāo)激光器及激光導(dǎo)星發(fā)射裝置，并產(chǎn)生激光導(dǎo)星星群，是國家天文臺(tái)參與TMT國際天文臺(tái)建設(shè)（2014－2024）實(shí)物貢獻(xiàn)的兩項(xiàng)重要研發(fā)任務(wù)，是TMT/MCAO系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，將有助于TMT實(shí)現(xiàn)在寬視場范圍，改正大氣擾動(dòng)影響，達(dá)到30米口徑衍射極限分辨率，相較于哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，TMT的空間分辨率將提高10倍以上?；诩す鈱?dǎo)星群的自適應(yīng)光學(xué)，是今后大型光學(xué)-紅外天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

本次興隆激光導(dǎo)星實(shí)驗(yàn)的順利實(shí)施，是中科院相關(guān)所精誠合作，聯(lián)合攻關(guān)的成果，是中科院國家天文臺(tái)參與TMT國際天文臺(tái)建設(shè)進(jìn)程中的一項(xiàng)里程碑，也是中科院展現(xiàn)在國際科技界的一張閃亮的技術(shù)“名片”。