太阳光泵浦的多频输出空间激光通信激光器研究

Solar pumped solid state laser(SPL)is a kind of equipments which can transform the wide spectrum solar light into laser directly, with the advantages of minimum energy transform process, high energy transform efficiency and long lifetime, that is suitable for application in no-man space. Under the continue support of NSFC, we have preliminary mastered the technology of SPL, with the main specification of our SPL among the advanced level in the world. With the advantages of higher digital rate, longer distance and more security, space laser communication (SLC) is a hot point for advanced countries to compete in space technology nowadays. The output power of SPL has met the demand of SLC, with higher efficiency, longer lifetime and higher reliability than conventional technical path. Using SPL for SLC is an important innovation. The research on SPL for SLC application has not only the theoretic meaning, but also practical meaning. SLC requires lasers have better beam quality, multi-frequency output (frequency division multiplexing) and watt-lever output power. We plan to conduct the researches on the theory and technique correlated to the high efficiency, single transverse mode, multi-frequency SPL for SLC, lying the technology foundation for practical space application.

太阳光泵浦固体激光器（SPL）是一种直接将宽谱太阳光转化成激光的装置，具有能量转换环节最少、转换效率高、寿命长的特点，特别适合于在无人值守的空间使用。在基金委持续支持下，我们已经初步掌握了SPL技术，研制的激光器主要指标居于国际领先水平。空间激光通信（SLC）以其速率高、距离长和保密性好等特点成为目前各大国在空间竞争的一个技术制高点。SPL目前输出功率已经可以满足空间激光通信要求，效率优于常规技术途径，在寿命和可靠性方面优势突出，将SPL技术用于SLC是一个重要创新，开展应用于SLC的SPL研究不仅具有理论意义，而且具有重要的实用价值。SLC要求激光器具有良好的光束质量、多频率输出（频分复用）和瓦级功率水平。本项目计划开展适用于SLC要求的高效率、单横模、多频率输出的SPL理论和相关技术研究，为空间实际应用奠定技术基础。

太阳光泵浦激光器(SPL)是以太阳辐射为泵浦源，将太阳光直接转化为激光的装置。SPL结构简单，能量转换环节最少，可实现较高的转换效率，在通讯、能源、军事等领域，特别是在无人值守的空间优势显著。.本项目瞄准SPL在空间激光通信方面的应用需求，研究多频率、多波长输出的SPL。多频率输出原理上基于扩展的短腔法单频原理，即当纵模间隔大于荧光线宽的时，激光器可以输出n个纵模。本项目分别在LD和太阳光泵浦下实现了3个纵模输出，纵模间隔33GHz，验证了上述原理。以往对于激光器纵模特性的研究，一般集中于获取单纵模输出上，而本项目研究获取一定数量的多个纵模输出还未见报道。一台能够输出多个纵模的激光器对于激光通信是有重要意义的，这是一个有实用价值的创新。.本项目还进行了多波长输出的研究，根据1061nm与1064nm的振荡阈值设计了相应的输出镜膜系，分别在LD和太阳光泵浦下实现了1061nm/1064nm双波长同时输出，波长间隔仅为2.6nm，远小于以往研究结果，表明技术难度更高。.本项目扩展了短腔法获得单纵模输出的理论，在LD和太阳光泵浦下实现了3个纵模同时输出；采用多谱线增益平衡方法，在LD和太阳光泵浦下实现了1061nm/064nm双波长输出，为SPL在空间激光通信中的应用奠定了技术基础。.2019年申报了《中国空间站科学实验和技术试验项目建议书-太阳光泵浦激光器技术试验》。2020年通过初选和会议评审，进入29项项目名单。2021年通过了排序评审、价格评审、实施方案评审，完成了在轨操作、上下行方案研究。这将是国际上SPL首次在空间得到应用，彰显了我国在该领域的领先地位，衷心感谢自然科学基金委员会十多年来持续四个项目的支持！.2020年得到国防预研项目支持，对SPL的抗空间辐射特性进行了初步研究，2021年获得“十四五”国防预研项目，研究SPL的抗空间辐射加固技术，将有力促进SPL的空间应用。