Циклоп лазер - Cyclops laser

Однолучевой лазер Cyclops на LLNL примерно во время его завершения в 1975 году.

Циклоп был мощным лазер построен на Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора (LLNL) в 1975 году. Это был второй лазер, созданный в лаборатории. Лазер программа, направленная на обучение термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF).[1]

Циклоп был однолучевым. Неодимовое стекло (Nd: стекло) лазер. В Янус лазер, двухлучевая версия, также была завершена в 1975 году. Основными научными целями его создания были изучение эффектов нелинейной фокусировки в мощных лазерных лучах, новые методы усиления (диски из неодимового стекла на угол пивоварни ), пространственная фильтрация методы, которые будут использоваться в последующих более мощных лазерах, таких как Аргус и Лазеры Шивы и для термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF) исследования.

Фон

Даже самые ранние лазерные эксперименты ICF продемонстрировали, что одной из основных проблем, которые необходимо было решить, была плохая фокусировка лучей и повреждение оптика из-за экстремальной интенсивности луча, вызванной оптический эффект Керра, где из-за того, что луч настолько интенсивен, что во время его прохождения через воздух или стекло электрическое поле света фактически изменяет показатель преломления материала и заставляет луч в наиболее интенсивных точках «самофокусироваться» вплоть до нитевидных структур чрезвычайно высокой интенсивности. Когда луч коллапсирует на такие волокна чрезвычайно высокой интенсивности, он может легко превысить порог лазерного поражения лазерного стекла и другой оптики, серьезно повредив их, создав ямки, трещины и серые следы на стекле.

Эта новая проблема стала очевидной только после того, как мощность лазеров была увеличена до уровня, когда нелинейные явления происходят с очень интенсивными лучами света. Крупке из LLNL заявил:

Если интенсивность света становится достаточно высокой - как в термоядерных лазерах - электрическое поле в свете возмущает атомы стекла настолько сильно, что стекло реагирует нелинейным образом.

В то время не было четкого теоретического понимания этих эффектов, и их было трудно предсказать. Однако исследователи LLNL объединили свои собственные усилия с усилиями коммерческих поставщиков стекла и смогли разработать новый инструмент прогнозирования, который объяснил связь между интенсивностью нелинейного эффекта для всех типов стекла. Как заметил Крупке:

Это было похоже на Розеттский камень. С помощью этого количественного соответствия они смогли построить график нелинейных характеристик преломления миллионов очков и найти то, которое имеет наименьшее возможное значение. Затем мы работали с нашими промышленными партнерами, чтобы создать композицию с необходимыми нам характеристиками.

Хотя использование подходящего стекла позволило максимально уменьшить проблему, проблема все еще существовала. Для небольших экспериментов этого эффекта было бы недостаточно, чтобы беспокоиться, но, учитывая, что гораздо более крупный и мощный Shiva уже находится в стадии разработки, необходимо изучить какой-то способ дальнейшего улучшения гладкости луча лазера.

Самый простой способ устранить эти эффекты - отфильтровать их физически, используя то, что по сути составляет преобразование Фурье метод, применяемый к пространственному профилю интенсивности луча. Пространственные фильтры формирования изображений, по сути, представляют собой небольшие перевернутые телескопы, вставленные в лазерный луч для фокусировки света через точечное отверстие. Многие режимы пространственного анизотропия Однако это приведет к очень низкому углу дифракции от центральной линии, поэтому для улучшения характеристик сглаживания трубка пространственного фильтра имеет очень большую длину, тем самым максимально увеличивая расстояние, на которое волокна перемещаются от центральной линии. Такой лазер ранее не создавался, более ранний лазер Janus, который исследовал сам лазер на неодимовом стекле, имел длину всего несколько метров.

Циклоп был создан для изучения именно проблем создания длинного лазера. Циклоп фактически представлял собой однолучевой элемент более крупной конструкции Шивы, который можно было завершить как можно быстрее, чтобы выявить потенциальные проблемы и найти наилучшее расположение фильтров. В этой цели Cyclops был успешным, и все основные усилия ICF с тех пор использовали технику пространственной фильтрации, что привело к постоянно растущим лазерным «лучам» порядка 100 м сегодня.

Пока Cyclops все еще строился, строился еще один лазер LLNL, который также включал технику пространственной фильтрации, Аргус. Argus пропускал свет через серию усилителей с пространственными фильтрами между каждым каскадом и легко достигал тераваттной мощности луча.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лазерные программы: первые 25 лет ... 1972-1997 гг. (PDF)

внешняя ссылка