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光学年度亮点!中科院在激光抗大气湍流传输方面取得重要突破_亚博

11月29日,美国光学学会(OSA)发布了2019年30项世界光学年度亮点成果(Optics & Photonics News: Optics in 2019)。值得庆祝的是,中科院空天信息创新研究院(以下简称空天院)光学工程研究部发布的“锋芒光束穿透大气湍流传输(Pin-Like Optical Beams to Penetrate Turbulence)”科研成果入选。OSA的年度亮点成果专刊设立于1990年,每年都会面向世界评选出30项最令人振奋的科研成果。此前,我国大陆地区以第一作者单位共有12项成果入选。

抑制大气湍流对激光束传输的影响一直是世界性难题,制约着激光通信、激光探测等诸多应用的发展。由于湍流的随机性、易变性等特点,人们一直难以找到合适的机理和方法抑制它的影响。经过十余年的研究和理解,空天院科研团队认为,大气湍流对激光束的影响是在传输中引入随机横向波矢造成的,因此率先提出了通过构建特殊光场分布,使激光在传输过程中逐步消除横向波矢,从而产生出能够抑制大气湍流影响的稳态光场。相比于传统大气湍流抑制方法,该方法应用难度和成本大大降低。经过多年的探索,空天院先后突破了高效率调制、长距离传输等关键技术,使得该项技术正在逐步走向实用。

研究中,利用该机理和方法,空天院在世界上率先构建了一种锋芒状光束,并采用简单的光路系统,实现了公里级传输,相比于国际上此类光束最远的传输距离(米级),提升了三个数量级,并且产生效率达到了90%以上,如图1所示。因此,被评审专家认为是“令人印象深刻的(impressive)”的科研成果。

图1. 公里级锋芒光束的大气湍流影响抑制效果,(a)实现公里级锋芒传输的光路结构,(b)传统高斯光束的公里级传输,(c)同等条件下锋芒光束的传输效果

该技术和方法有望大幅降低大气湍流抑制的难度和成本,从而推动大气湍流抑制技术真正走向实用,提升激光通信、激光探测等应用系统的工作性能。

该项成果最先在2019年5月5日举办的CLEO会议上发布,其后被美国应用物理快报-光子学杂志(APL Photonics)录用发表,被编委们认定为“该杂志最好的科研成果之一(one of the journal’s best)”,并在网站首页的首要位置进行了宣传报道。

该项成果获得了中科院重任局专项基金、空天院创新基金的资助和支持。

关于激光

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发现,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。

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