Introduzione

I ricercatori della Macquarie University hanno sviluppato un sistema laser migliorato che aiuterà i grandi telescopi ottici a raccogliere dati più accurati.

La ricerca è stata pubblica su Optics Letters

Correggere le aberrazioni

I telescopi ottici di grande diametro presenti sulla Terra usano abitualmente le laser guide stars (LGS), ossia generano con impulsi laser stelle artificiali create nei livelli più alti dell’atmosfera. Queste stelle artificiali consentono agli utenti di correggere le aberrazioni atmosferiche della luce che passano da e verso lo spazio, usando l’ottica adattiva

Sono fondamentali per la trasmissione ad alta fedeltà di dati per applicazioni sia nello spazio libero ottico che nelle comunicazioni terra-terra, nell’imaging e tracciamento dei detriti spaziali e per l’astronomia.

Il principio prevede l’uso di un laser calibrato con precisione per eccitare gli atomi nello strato di sodio che si presenta naturalmente nella mesosfera, a un’altitudine di circa 90 km. Questi atomi emettono nuovamente la luce laser, creando temporaneamente una stella artificiale luminosa. Sono state sviluppate diverse tecnologie di questo tipo, ma generare quella specifica lunghezza d’onda è stata una famigerata sfida che finora ha avuto bisogno di approcci poco pratici.

Il nuovo sistema

Ora i ricercatori del MQ Photonics Research Center dell’Università di Macquarie hanno dimostrato che i diamond Raman lasers sono un modo altamente efficiente per ottenere ciò di cui necessitano. Per la prima volta hanno provato un laser a diamante a onda continua da 589 nm per applicazioni guide-star. Nei loro esperimenti, il laser offriva una potenza ed efficienza maggiori rispetto ai precedenti sistemi dello stesso tipo.

Laser Raman diamante. Immagine di Joanne Stephan

Queste caratteristiche sono già competitive, ma il vero significato del risultato è che la tecnologia può essere ulteriormente sviluppata per aumentare la qualità delle future stelle guida. 

Il diamante può dissipare rapidamente il calore ed è meno soggetto a distorsioni ottiche indesiderate. Questa combinazione fornisce un percorso verso la produzione di fasci di stelle guida più potenti. I ricercatori prevedono che la sua flessibilità extra, come fornire la potenza laser come una serie di impulsi ottici a microsecondi, sarà anche un vantaggio per i sistemi ottici adattivi. Oltre al ridimensionamento della potenza, questo concept è promettente perchè permette di generare più stelle come punti attraverso sistemi ottici adattivi, insieme anche ad altri miglioramenti.

Le applicazioni richiedono stelle guida più luminose con un minor allungamento delle stelle e del rumore di fondo, e questi sono aspetti che il nostro approccio sembra essere in grado di affrontare“, afferma il dott. Xuezong Yang, capo sperimentatore del progetto. “Il nostro approccio è anche molto pratico, poiché date le proprietà intrinsecche dell’elemento diamantato permettono che il laser funzioni su una singola frequenza stretta. Ciò mantiene il nostro design semplice e il dispositivo potenzialmente robusto ed economico“.

Il laser diamantato appartiene alla classe dei laser chiamati laser Raman e funziona mediante dispersione stimolata anziché emissione stimolata. I ricercatori hanno scoperto che questa differenza fondamentale consente al laser di funzionare in modo più stabile su una singola frequenza pura.

Gli autori ritengono che presto vedremo i laser diamantati sui telescopi e ai livelli più alti. “Riteniamo che l’approccio del diamante fornirà un sistema interessante per espandere notevolmente la luminosità e la qualità delle future stelle guida. L’interazione atomo-luce nello strato di sodio sembra essere estremamente complessa, ma ciò offre interessanti opportunità per migliorare i laser e aumentare le prestazioni dei sistemi ottici adattativi terra-spazio“. dice il professor Rich Mildren, il capo della ricerca per questo lavoro.

Citazioni e Approfondimenti

A DIAMOND LASER MAKES GUIDING STARS, by Macquarie University 
– Xuezong Yang et al. Diamond sodium guide star laser, Optics Letters (2020). DOI: 10.1364/OL.387879