Циклоп лазер

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

Циклоп был мощным лазером, созданным в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса программы лаборатории (LLNL) в 1975 году. Это был второй лазер, созданный в рамках лазерной , направленной на изучение термоядерного синтеза с инерционным ограничением (ICF).

Циклоп представлял собой однолучевой лазер на неодимовом стекле (Nd:стекло). Лазер Янус , его двухлучевая версия, также был завершен в 1975 году. Основными научными целями его создания были исследование эффектов нелинейной фокусировки в мощных лазерных лучах, новые методы усиления (диски из неодимового стекла и угол Брюстера ), методы пространственной фильтрации , которые будут использоваться в последующих более мощных лазерах, таких как лазеры «Аргус» и «Шива» , а также в исследованиях инерционного термоядерного синтеза (ICF).

Предыстория

Даже самые ранние лазерные эксперименты ICF показали, что одной из основных проблем, которые необходимо было решить, была плохая фокусировка лучей и повреждение оптики из-за экстремальной интенсивности луча, вызванной оптическим эффектом Керра . , что во время 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 распадается на такие нити чрезвычайно высокой интенсивности, он может легко превысить порог лазерного повреждения лазерного стекла и другой оптики, серьезно повреждая их, создавая ямки, трещины и серые дорожки на стекле.

Эта новая проблема стала очевидной только тогда, когда 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 света настолько сильно возмущает атомы стекла, что стекло реагирует нелинейно.

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

Это было похоже на Розеттский камень . Благодаря этому количественному соответствию они смогли построить график нелинейных преломляющих характеристик миллионов стекол 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 равно существовала. Для небольших экспериментов этого эффекта было бы недостаточно, чтобы беспокоиться, но, поскольку гораздо более крупная и мощная Шива уже находится в разработке, необходимо было изучить какой-то способ дальнейшего улучшения плавности луча лазера.

Самый простой способ устранить эти эффекты заключался в их физической фильтрации с использованием метода преобразования Фурье, применяемого к пространственному профилю интенсивности луча. Пространственные фильтры визуализации, по сути, представляют собой небольшие перевернутые телескопы, вставленные в лазерный луч и фокусирующие свет через точечное отверстие. Однако многие режимы пространственной анизотропии приводят к очень малому углу дифракции от центральной линии, поэтому для улучшения характеристик сглаживания трубка пространственного фильтра делается чрезвычайно длинной, тем самым максимально увеличивая расстояние, на которое нити перемещаются от центральной линии. Такой лазер ранее не был создан, более ранний лазер Янус, который исследовал сам лазер на неодимовом стекле, имел длину всего несколько метров.

Именно для изучения проблем создания длинного лазера и был создан «Циклоп». Циклоп фактически представлял собой однолучевую конструкцию более крупной конструкции Шивы, которую можно было завершить как можно быстрее, чтобы выявить потенциальные проблемы и найти наилучшее расположение фильтров. В достижении этой цели Циклоп добился успеха, и с тех пор во всех крупных проектах ICF использовалась техника пространственной фильтрации, что привело к постоянно растущим лазерным «линиям лучей» сегодня порядка 100 м.

Пока «Циклоп» все еще строился, строился еще один лазер LLNL, который также включал в себя технику пространственной фильтрации, «Аргус» . «Аргус» пропускал свой свет через серию усилителей с пространственными фильтрами между каждым каскадом и легко достигал мощности луча в тераваттах.

См. также

• Лазер
• Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса
• Список типов лазеров

Внешние ссылки

• https://web.archive.org/web/20041109063036/http://www.llnl.gov/50science/lasers.html
• http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/16710-UOC0xx/native/16710.pdf
• http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1976lim..conf...18A&db_key=PHY&data_type=HTML&format=&high=44fac4eeaa06475