I ricercatori della Macquarie University hanno sviluppato un sistema laser migliorato che aiuterà i grandi telescopi ottici a raccogliere dati più accurati.

I telescopi ottici terrestri di grande diametro ora utilizzano abitualmente stelle guida artificiali generate da raggi laser, creato nei livelli più alti dell'atmosfera. Queste stelle artificiali consentono agli utenti di correggere le aberrazioni atmosferiche della luce che passa da e verso lo spazio, utilizzando l'ottica adattiva. Sono cruciali per la trasmissione di dati ad alta fedeltà per applicazioni sia nelle comunicazioni ottiche in spazio libero che terra-terra, nell'imaging e nel monitoraggio dei detriti spaziali, e per l'astronomia.

Il principio prevede l'utilizzo di un laser sintonizzato con precisione per energizzare gli atomi nello strato di sodio che si trova naturalmente nella mesosfera, ad un'altitudine di circa 90 km. Questi atomi riemettono la luce laser, creando temporaneamente una stella artificiale luminosa. Sono state sviluppate una serie di tecnologie per farlo, ma generare quella specifica lunghezza d'onda è stata una sfida nota che finora ha richiesto approcci poco pratici.

Ora i ricercatori del MQ Photonics Research Center della Macquarie University hanno dimostrato che i laser Raman a diamante sono un modo altamente efficiente per generare l'output preciso necessario. Per la prima volta hanno dimostrato un laser a diamante a onda continua da 589 nm per applicazioni guidestar. Descritto in Lettere di ottica , il laser ha fornito maggiore potenza ed efficienza rispetto ai precedenti sistemi laser a stella guida di questo tipo.

Queste caratteristiche sono già competitive con altri approcci, ma il vero significato del risultato è che la tecnologia può essere ulteriormente sviluppata per aumentare la qualità delle future stelle guida. Il diamante può dissipare rapidamente il calore, ed è meno soggetto a distorsioni ottiche indesiderate. Questa combinazione fornisce un percorso verso la produzione di raggi di stelle guida più potenti. I ricercatori prevedono che le sue flessibilità extra, come fornire la potenza del laser come una serie di impulsi ottici di microsecondi, sarà anche un vantaggio per i sistemi ottici adattivi. Oltre al ridimensionamento della potenza, il concetto di laser al sodio diamante è promettente per la generazione di un'uscita pulsata della durata di microsecondi con potenza di picco elevata e potenza media simultanee, per consentire la generazione di più stelle puntiformi attraverso sistemi ottici adattivi, insieme ad altri miglioramenti.

"Le applicazioni richiedono stelle guida più luminose con un allungamento della stella e un rumore di fondo ridotti, e questi sono aspetti che il nostro approccio al laser a diamante sembra essere in grado di affrontare, "dice il dottor Xuezong Yang, sperimentatore capo del progetto. "Il nostro approccio è anche molto pratico, perché poiché le proprietà di guadagno intrinseche dell'elemento diamantato significano che il laser si trova a funzionare su una singola frequenza stretta. Ciò mantiene il nostro design semplice, e il dispositivo potenzialmente robusto e a basso costo."

Il laser a diamante appartiene alla classe dei laser chiamati laser Raman, e funziona per diffusione stimolata piuttosto che per emissione stimolata. I ricercatori hanno scoperto che questa differenza fondamentale consente al laser di funzionare in modo più stabile su una singola frequenza pura.

Gli autori ritengono che presto vedremo laser a diamante sui telescopi ea livelli più alti. "Riteniamo che l'approccio del diamante fornirà un sistema interessante per espandere notevolmente la luminosità e la qualità delle future stelle guida. L'interazione luce-atomo nello strato di sodio risulta essere estremamente complessa, ma questo offre interessanti opportunità per adattare i laser per aumentare le prestazioni dei sistemi ottici adattivi terra-spazio", afferma il professor Rich Mildren, il capo della ricerca per questo lavoro.