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激光技术“上天”:助力科研“无所不能”

2016-09-22 08:41
蓝林笑生
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  自从第一束激光诞生以来,激光技术就持续不断的发展。在国防、科技、工业、农业、医学、教育等多个领域得到广泛的运用。近日,随着“墨子”号和“天宫二号”相继进入太空,科研领域迎来一波小高潮。无论是“墨子”的激光通信实验还是“天宫二号”的冷原子钟,在这些高端科学实验中,我们都能看到激光的影子,激光技术在科研领域的地位日益凸显。

  墨子号:空间高速相干激光通信试验

  “墨子号”是世界上首颗量子科学实验卫星,经过了十三年的准备,主要进行空间和地面的量子通讯试验,由潘建伟院士主导。同时,中科院上海光机所研制的空间高速相干激光通信载荷搭载量子卫星发射升空,开展卫星与新疆、北京地面站之间的高速相干激光通信技术验证。

  空间高速相干激光通信既是在量子卫星飞行的过程中,向地面精准的传输两个纠缠的量子,需要卫星与地面站高精度跟瞄。科学家将这种点对点的跟瞄比喻为“针尖对麦芒”,飞行的量子卫星携带的两个激光器分别瞄准两个地面站,激光在这里就是那根点和点之间的连线。这也是我国首次开展空间高速相干激光通信试验,标志着我国初步具备研制星间相干激光通信载荷的能力。

  天宫二号:冷原子钟

  空间冷原子钟主要包括物理单元、微波单元、光学单元和控制单元四大组成部分,每个单元都有非常高的技术指标,其工作原理是利用激光冷却和俘获技术获得接近绝对零度(μK量级)的超冷原子团,然后采用移动光学黏团技术将其沿轴向抛射。

  在微重力环境下,原子团可以做超慢速均速直线运动。处于纯量子基态上的原子经过环形微波腔,与分离微波场两次相互作用后产生量子叠加态,经由原子双能级探测器测出处于两种量子态上的原子数比例,获得原子跃迁几率,改变微波频率即可获得原子钟的谱线Ramsey条纹。预计微重力环境下所获得的Ramsey中心谱线线宽可达0.1 Hz,比地面冷原子喷泉钟谱线窄一个数量级,利用该谱线反馈到本地振荡器即可获得高精度的时间频率标准信号。激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合,有望在空间轨道上获得比地面上的线宽要窄一个数量级的原子钟谱线,从而进一步提高原子钟精度,这将是原子钟发展史上又一个重大突破。

  显然,激光的特殊性质以及激光技术所创造出的特殊环境,都能为科研工作很好服务。随着我国科研领域的大力度投入,科技创新能力持续提升,战略高新技术不断突破。未来,激光技术也将进一步发展,与多个学科有效结合,推动国家重大科技项目发展。
 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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