OFweek激光網(wǎng)訊：自從第一束激光誕生以來(lái)，激光技術(shù)就持續(xù)不斷的發(fā)展。在國(guó)防、科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。近日，隨著“墨子”號(hào)和“天宮二號(hào)”相繼進(jìn)入太空，科研領(lǐng)域迎來(lái)一波小高潮。無(wú)論是“墨子”的激光通信實(shí)驗(yàn)還是“天宮二號(hào)”的冷原子鐘，在這些高端科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們都能看到激光的影子，激光技術(shù)在科研領(lǐng)域的地位日益凸顯。
墨子號(hào)：空間高速相干激光通信試驗(yàn)
“墨子號(hào)”是世界上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)了十三年的準(zhǔn)備，主要進(jìn)行空間和地面的量子通訊試驗(yàn)，由潘建偉院士主導(dǎo)。同時(shí)，中科院上海光機(jī)所研制的空間高速相干激光通信載荷搭載量子衛(wèi)星發(fā)射升空，開展衛(wèi)星與新疆、北京地面站之間的高速相干激光通信技術(shù)驗(yàn)證。
空間高速相干激光通信既是在量子衛(wèi)星飛行的過(guò)程中，向地面精準(zhǔn)的傳輸兩個(gè)糾纏的量子，需要衛(wèi)星與地面站高精度跟瞄。科學(xué)家將這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的跟瞄比喻為“針尖對(duì)麥芒”，飛行的量子衛(wèi)星攜帶的兩個(gè)激光器分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)地面站，激光在這里就是那根點(diǎn)和點(diǎn)之間的連線。這也是我國(guó)首次開展空間高速相干激光通信試驗(yàn)，標(biāo)志著我國(guó)初步具備研制星間相干激光通信載荷的能力。
天宮二號(hào)：冷原子鐘
空間冷原子鐘主要包括物理單元、微波單元、光學(xué)單元和控制單元四大組成部分，每個(gè)單元都有非常高的技術(shù)指標(biāo)，其工作原理是利用激光冷卻和俘獲技術(shù)獲得接近絕對(duì)零度（μK量級(jí)）的超冷原子團(tuán)，然后采用移動(dòng)光學(xué)黏團(tuán)技術(shù)將其沿軸向拋射。
在微重力環(huán)境下，原子團(tuán)可以做超慢速均速直線運(yùn)動(dòng)。處于純量子基態(tài)上的原子經(jīng)過(guò)環(huán)形微波腔，與分離微波場(chǎng)兩次相互作用后產(chǎn)生量子疊加態(tài)，經(jīng)由原子雙能級(jí)探測(cè)器測(cè)出處于兩種量子態(tài)上的原子數(shù)比例，獲得原子躍遷幾率，改變微波頻率即可獲得原子鐘的譜線Ramsey條紋。預(yù)計(jì)微重力環(huán)境下所獲得的Ramsey中心譜線線寬可達(dá)0.1 Hz，比地面冷原子噴泉鐘譜線窄一個(gè)數(shù)量級(jí)，利用該譜線反饋到本地振蕩器即可獲得高精度的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。激光冷卻原子技術(shù)與空間微重力環(huán)境相結(jié)合，有望在空間軌道上獲得比地面上的線寬要窄一個(gè)數(shù)量級(jí)的原子鐘譜線，從而進(jìn)一步提高原子鐘精度，這將是原子鐘發(fā)展史上又一個(gè)重大突破。
顯然，激光的特殊性質(zhì)以及激光技術(shù)所創(chuàng)造出的特殊環(huán)境，都能為科研工作很好服務(wù)。隨著我國(guó)科研領(lǐng)域的大力度投入，科技創(chuàng)新能力持續(xù)提升，戰(zhàn)略高新技術(shù)不斷突破。未來(lái)，激光技術(shù)也將進(jìn)一步發(fā)展，與多個(gè)學(xué)科有效結(jié)合，推動(dòng)國(guó)家重大科技項(xiàng)目發(fā)展。 |
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