基于钠层的 589 nm 激光导引星技术, 结合地基光学望远镜自适应光学系统, 可以有效补偿大气扰动造成的光信号波前畸变, 在天文观测、星地激光通信、空间碎片跟踪等诸多领域有着重要的应用前景。介绍了一种新型的 589 nm 钠导星激光器技术:金刚石拉曼钠导星激光器。金刚石晶体超高的热导率和无空间烧孔效应的增益特性是提高激光输出功率和实现单纵模运转的关键, 目前已获得 22 W 的连续波单频钠导星激光器输出。金刚石拉曼激光器技术提供了一种实现高功率钠激光输出的高效方案, 并为高功率微秒脉冲、高重频脉冲、频率啁啾等新型钠导星激光器系统提供了新的思路。

自适应光学技术广泛应用于大型地基光学望远镜，以校正大气扰动造成的波前畸变，使望远镜达到近衍射极限分辨率，实现对观测目标的清晰成像。激光钠导引星作为自适应光学校正的信标源，是自适应光学望远镜的核心技术之一。介绍了589nm光抽运垂直外腔面发射半导体钠导引星激光器和掺Dy3+晶体作为增益介质直接发射589nm激光的固体激光器的最新研究进展。这些方案因其具有体积小、效率高、可靠性高、成本低、易维护等优势，被认为是新一代钠导引星激光器有潜力的发展方向。

采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064 nm与1319 nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程, 优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率, 通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配, 通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500, 600, 800及1000 Hz条件下的和频输出特性, 结果显示, 该条件下分别产生了53, 42.6, 27及22 W的589 nm激光输出, 相应的和频效率分别为21.8%, 20.3%, 16.9%和16.3%。 黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32, 脉冲宽度为100 μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频, 实现频率的波动为±0.2 GHz, 保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。

望远镜是人类探索宇宙奥秘最重要的科学工具之一。大型地基光学望远镜对天观测时，大气扰动使星光波前畸变导致其实际分辨率大幅下降，是长期困扰高精度天文观测的重大科技问题。因此世界各大望远镜均在竞相发展自适应光学技术，以校正大气造成的波前畸变，使望远镜达到近衍射极限分辨率，这标志着地基光学望远镜正在进入自适应光学望远镜时代。激光钠导引星是用激光激发海拨约90 km电离层中的钠原子产生的人造亮星，作为自适应光学校正的信标源，是自适应光学望远镜的核心技术之一。文中介绍了激光钠导引星技术的原理、方法与国内外发展状况，尤其是该实验室采用的固体激光和频技术，实现了钠D2线光谱匹配和钠层激发匹配的微秒脉冲钠导引星激光，并在国内外大望远镜上使用获得成功。