中国跻身前五,实现激光测距,为未来空间引力波探测打开突破口

2019-12-09
中新社武汉12月8日电 (马芙蓉 刘跃龙)记者8日从在武汉召开的第六届天琴空间科学任务研讨会上获悉,自今年6月8日以来,天琴计划团队已经多次成功实现了地月距离的激光测量,并在国内首次得到月球上全部五个激光反射镜的回波信号。据介绍,目前包括中国在内,全世界仅有五个国家具备激光精准测量地月距离的技术能力。




地月激光测距是以脉冲激光器作为光源对地球与月球之间的空间距离进行精准测量,也是开展天琴计划空间引力波探测必须攻克的关键技术。位于中山大学珠海校区的天琴计划激光测距台站,在不到一年的时间内完成台站建设,并实现高精度地月距离测量,这是天琴计划“0123”路线图中的“0”步骤。记者同时获悉,天琴计划“0123”路线图中的“1”步骤,即国内首颗由国家立项面向未来引力波空间探测技术试验卫星预计将于今年年底进行发射。


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1980年代CPA(啁啾)技术的发明,使脉冲激光器突破了脉冲峰值功率的瓶颈,脉冲激光真正进入了超快激光的时代,这也是目前超快激光器中应用最多的技术。CPA技术的基本原理是先利用一对光栅将初始脉冲激光拉宽,利用放大器把拉宽的激光放大,最后使用另一对光栅将激光脉冲压缩,得到瞬时的高功率。从CPA技术发明至今,人们已经将激光脉冲的强度和峰值功率提高了7-8个数量级,目前基于CPA技术的超快激光器的峰值功率已经可以达到1015W级别。高峰值、高频率、高功率仍是超快激光未来发展的主要方向。




传统激光加工处理的本质起源于入射光子-受激电子-声子转化而成的热能,材料通过固态-液态-气态的三相热熔过程得到逐步去除,并且其中的热扩散过程会影响加工处理的质量。另一方面,由于激光脉冲较长的持续时间降低了其相应的峰值功率,从而使得电子的受激过程只能依赖于单个入射光子的共振线性吸收,因此无法加工相对透明的介质材料,加工范围受到材料的光吸收特性的严格限制。当激光脉冲宽度远小于材料中的电子-声子耦合时间,在激光整个持续时间内,仅需考虑电子吸收入射光子的激发和储能过程,而电子温度通过辐射声子的冷却以及热扩散过程均可以忽略。在这一领域内,激光与物质的作用实际上被“冻结”在电子受激吸收和储存能量的过程,在根本上避免了能量的转移、转化以及热能的存在和热扩散造成的影响。因此当激光脉冲入射时,吸收光子所产生的能量将在仅有几个纳米厚度吸收层迅速积聚,在瞬间内生成的电子温度值将远远高于材料的熔化、甚至气化温度,最终到达高密度、超热、高压的等离子体状态,实现了激光的非热熔性加工。




超快激光在真正意义上实现了冷加工,在精密加工方面有显著优势,随着超快激光器的生产工艺逐渐成熟,成本逐渐下降,未来有望广泛的应用于医疗生物、航空航天、消费电子、照明显示、能源环境、精密机械等下游行业。




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中国跻身前五,实现激光测距,为未来空间引力波探测打开突破口
2019-12-09
中新社武汉12月8日电 (马芙蓉 刘跃龙)记者8日从在武汉召开的第六届天琴空间科学任务研讨会上获悉,自今年6月8日以来,天琴计划团队已经多次成功实现了地月距离的激光测量,并在国内首次得到月球上全部五个激光反射镜的回波信号。据介绍,目前包括中国在内,全世界仅有五个国家具备激光精准测量地月距离的技术能力。




地月激光测距是以脉冲激光器作为光源对地球与月球之间的空间距离进行精准测量,也是开展天琴计划空间引力波探测必须攻克的关键技术。位于中山大学珠海校区的天琴计划激光测距台站,在不到一年的时间内完成台站建设,并实现高精度地月距离测量,这是天琴计划“0123”路线图中的“0”步骤。记者同时获悉,天琴计划“0123”路线图中的“1”步骤,即国内首颗由国家立项面向未来引力波空间探测技术试验卫星预计将于今年年底进行发射。


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1980年代CPA(啁啾)技术的发明,使脉冲激光器突破了脉冲峰值功率的瓶颈,脉冲激光真正进入了超快激光的时代,这也是目前超快激光器中应用最多的技术。CPA技术的基本原理是先利用一对光栅将初始脉冲激光拉宽,利用放大器把拉宽的激光放大,最后使用另一对光栅将激光脉冲压缩,得到瞬时的高功率。从CPA技术发明至今,人们已经将激光脉冲的强度和峰值功率提高了7-8个数量级,目前基于CPA技术的超快激光器的峰值功率已经可以达到1015W级别。高峰值、高频率、高功率仍是超快激光未来发展的主要方向。




传统激光加工处理的本质起源于入射光子-受激电子-声子转化而成的热能,材料通过固态-液态-气态的三相热熔过程得到逐步去除,并且其中的热扩散过程会影响加工处理的质量。另一方面,由于激光脉冲较长的持续时间降低了其相应的峰值功率,从而使得电子的受激过程只能依赖于单个入射光子的共振线性吸收,因此无法加工相对透明的介质材料,加工范围受到材料的光吸收特性的严格限制。当激光脉冲宽度远小于材料中的电子-声子耦合时间,在激光整个持续时间内,仅需考虑电子吸收入射光子的激发和储能过程,而电子温度通过辐射声子的冷却以及热扩散过程均可以忽略。在这一领域内,激光与物质的作用实际上被“冻结”在电子受激吸收和储存能量的过程,在根本上避免了能量的转移、转化以及热能的存在和热扩散造成的影响。因此当激光脉冲入射时,吸收光子所产生的能量将在仅有几个纳米厚度吸收层迅速积聚,在瞬间内生成的电子温度值将远远高于材料的熔化、甚至气化温度,最终到达高密度、超热、高压的等离子体状态,实现了激光的非热熔性加工。




超快激光在真正意义上实现了冷加工,在精密加工方面有显著优势,随着超快激光器的生产工艺逐渐成熟,成本逐渐下降,未来有望广泛的应用于医疗生物、航空航天、消费电子、照明显示、能源环境、精密机械等下游行业。




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