激光導星(LGS)是一種人造導星光源,也是現代大型天文望遠鏡自適應光學系統(AO)的重要組成部分,通過向天空投射激光產生激光導星來糾正天文觀測中由于大氣擾動而造成的光學扭曲(視寧度)。
自適應光學系統是實現高質量顯微成像的關鍵,主要包括波前探測和波前校正兩個組成部分。自適應光學系統誕生于天文領域,需要波前參考源(導星光源)來校正大氣造成的光學扭曲,但在實際天文觀測中,符合要求的自然導星光源天空覆蓋率較低,限制了自適應光學系統的應用。激光導星作為人造導星光源,可以放置在待觀測目標附近任意位置,有助于擴大自適應光學系統的觀測范圍。
目前激光導星主要分為瑞利激光導星(瑞利導星)、鈉激光導星(鈉導星)兩種,兩者在激光光源、大氣高度等方面存在不同。瑞利導星是利用激光與15km高度以下的底層大氣中氣體分子與激光之間的瑞利散射作為導星源,鈉導星是利用特定波長激光激發地球上空90-100千米大氣鈉原子層產生的散射光作為為導星源。
根據新思界產業研究中心發布的
《中國激光導星(LGS)產業發展及“十五五規劃”建議報告》顯示,激光導星于上世紀80年代被實現,早期主要應用在軍事領域,近年來,其應用逐漸向天文觀測、大氣科學研究、空間目標探測、空間激光通信等領域擴展。激光導星主要作用為補償大氣擾動對地基天文望遠鏡成像的干擾,隨著天文望遠鏡大型化、大口徑化發展,激光導星重要性正日益凸顯。
在全球范圍內,激光導星研發單位包括歐洲南方天文臺(ESO)、德國Toptica公司、美國空軍研究實驗室、中國工程物理研究院應用電子學研究所、中科院上海光機所、中科院光電技術研究所、長春光機所等。
激光器是激光導星的核心光源,性能直接影響著激光導星的亮度、穩定性及自適應光學系統的校正精度。激光導星研發和生產成本較高,近年來,我國激光器技術發展迅速,核心激光器性能已達到國際領先水平,這為國產激光導星發展和應用奠定了基礎。
新思界
行業分析人士表示,大口徑化是天文望遠鏡重要發展方向,隨著天文望遠鏡口徑擴大,激光導星重要性正日益凸顯,未來其有望成為大型天文望遠鏡主流配置。激光導星研發和生產成本較高,我國激光導星已實現從基礎研究到工程應用的跨越,但目前激光導星市場規模有限、商業化動力不足,主要應用在國家級科研項目及大型天文觀測系統中,尚未出現完全專注于該技術的獨立商業化品牌。
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