空间激光小组简介
低噪声高功率连续空间激光器的研制对基于激光干涉测距技术的高低/低低卫星重力测量和空间引力波探测等重大科学工程计划的实施有着极其重要的意义。本小组正在开展用于星间激光干涉测距技术的高功率低噪声激光器研制。该激光系统所采用的主振荡功率放大结构（MOPA）如图1所示，主要包含低噪声固体种子激光器和掺镱光纤放大器两个单元。
图1 基于主振荡功率放大结构的空间激光系统示意图
1.高功率低噪声激光源
基于Nd：YAG的单块非平面环形腔激光器具有高功率、低功率噪声、低频率噪声等优点，在国际上已经多次被用于航空航天领域、精密光谱、精密测量等领域。我们选用该类型固体激光器作为种子激光源，已经通过振动、冲击和温循方面等的环境模拟试验。激光器实物如图2左图所示，图2右图为其频率噪声谱，国内外同类激光器中性能优越。图3为激光器样机。
图2 基于单块非平面环形腔的窄线宽激光头模块实物及其频率噪声
图3 激光源样机实物图
2. 保偏光纤功率放大器
利用光纤放大的方案实现低噪声高功率的光放大。采用掺镱保偏光纤作为增益介质，对种子激光的光纤输出信号进行功率放大实现功率输出大于4 W，并采用主动反馈进一步抑制低频段的功率噪声达到3×10-4/Hz1/2@1 mHz，光纤放大器实物图及相对强度噪声如图4所示。
图4光纤放大器实物图及功率稳定前后输出光相对强度噪声
3.差分相位噪声测量及自研相位计
引力波探测系统通过三个卫星形成高精度激光干涉仪对引力波进行测量。由于测量系统各个部分都不能引入其他相位噪声，因此需要对附加的相位噪声即EOM、光纤放大器及其余光电元件进行测量及压制到测量本底。我们选择双路信号进行差分相位噪声测量，实现高精度相位测量，相位计实物图及测试结果如图5所示。
图5 相位计实物及相位测试本底
4. 其他成果
基于以上的研究，本小组自研设计了1319 nm激光器系统，激光器样机及噪声水平如图6所示。基于本小组的NPRO种子激光器及光纤放大器的研究，目前已与碘稳频小组以及超稳激光小组展开积极合作，为其提供了高稳定性的种子激光源，并与其系统进行联调，其锁定稳定性可靠性优越。
图6 1319 nm激光器样机实物图及噪声水平
5.项目课题
(1) 基于NPRO的1319 nm激光器研制，2024-01至今，30万元，在研；
(2) 中山大学激光器采购项目，2023-01至今，1455 万元，在研；
(3) 激光器连续稳定运行方案研究，2023-01至今，3万元，在研；
(4) 天琴引力波探测的高稳定性Nd：YAG非平面环形腔激光器的方案设计及原理样机测试，2022-07至 2022-09，37.934万元，结题；
(5) 弱光锁相高动态响应控制系统研究，2022-11 至今，433万元，在研；
(6) 模块化超稳光路技术合作项目，2021-09 至 2021-12，69万元，结题；
(7) 星载激光功率放大器噪声抑制与评估子课题差分相位测量，2020-04 至 今，159万元，在研；
6. 参与成员介绍：
指导教师：袁文豪(工程师)
在读：张家瑞(24级博士研究生)、朱德源(22级硕士研究生)、吴忻朋(23级硕士研究生)、邓子龙(23级硕士研究生)
已毕业：李旭莹(21级硕士生)、黄鑫(20级硕士生)、张崇武(19级硕士生)、王晨(19级硕士生)。