空间激光小组简介
低噪声高功率连续空间激光器的研制对基于激光干涉测距技术的高低/低低卫星重力测量和空间引力波探测等重大科学工程计划的实施有着极其重要的意义。本小组正在开展用于星间激光干涉测距技术的高功率窄线宽激光器研制。该激光系统所采用的主振荡功率放大结构（MOPA）如图1所示，主要包含窄线宽固体种子激光器和掺镱光纤功率放大器两个单元。同时，本小组亦在精密重力测量国家重大科技基础设施的支持下，开展空间等离子体模拟系统的搭建，目的在于模拟低轨道空间等离子体环境，研究其对星间激光干涉测距技术可能存在的影响。
图1 基于主振荡功率放大结构的空间激光系统示意图
● 主要研究方法和成果
1. 窄线宽种子激光源
基于单块非平面环形腔(NPRO)的Nd:YAG激光器具有频率噪声低、体积紧凑等特点，在国际上已经多次被用于航空航天领域。我们选用该类型固体激光器作为种子激光源，目前已进行了激光头模块的初步封装和测试。激光头模块已经通过实验室内部在振动、冲击和温循方面的环境模拟摸底试验。其实物图如图2左图所示，图2右图为通过两个激光模块拍频所获得的频率噪声谱，噪底达0.1 Hz/ Hz^0.5。该激光头模块同时集成了半导体制冷片和压电陶瓷芯片，可通过温度和应力方式进行激光波长的调谐。
图2 基于单块非平面环形腔的窄线宽激光头模块实物及其频率噪声性能图。
2. 保偏光纤功率放大器
低噪声光纤放大单元采用掺镱保偏光纤作为增益介质，对种子激光的光纤输出信号（大于20 mW）进行功率放大以满足系统上连续功率输出大于4W的指标需求。我们采用双级放大结构，在初级和第二级放大之间加入窄带滤波器以抑制放大自发辐射噪声。同时，为了避免受激布里渊散射对信号的影响，我们采用了芯径十微米的双包层掺镱光纤进行第二级功率放大。目前该放大器已实现4W以上连续出光运行，下一步将采用主动反馈进一步抑制其在低频段的功率噪声。
● 参与成员介绍：
赵健 副研究员
刘平（博士后）主要从事空间等离子体系统的搭建和相关研究
曹娅琴（硕士研究生）主要从事窄线宽固体激光器的研究
纪然然（硕士研究生）主要从事保偏掺镱光纤放大器的初步研究
侯翠芳（硕士研究生）主要从事保偏掺镱光纤放大器中功率噪声抑制的研究