Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Однолучевой лазер Cyclops в LLNL во время его завершения в 1975 году.

Циклоп был мощным лазером, созданным в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в 1975 году. Это был второй лазер, созданный в рамках лабораторной программы Laser , целью которой было изучение термоядерного синтеза с инерционным ограничением (ICF). [1]

Cyclops был однолучевым лазером на неодимовом стекле (Nd: стекло). Лазер Janus , версия два луча из него, также было завершено в 1975 г. Основные научные цели ее построения были для исследования нелинейных эффектов фокусировки в высокой мощности лазерного излучения пучков, новые методы амплификации (диски Nd: стекло на Брюстера ), методы пространственной фильтрации , которые будут использоваться в последующих более мощных лазерах, таких как лазеры Argus и Shiva, а также для исследований термоядерного синтеза с инерционным удержанием (ICF).

Фон [ править ]

Даже самые ранние лазерные эксперименты ICF продемонстрировали, что одной из основных проблем, которые необходимо было решить, была плохая фокусировка лучей и повреждение оптики из-за чрезмерной интенсивности луча, вызванной оптическим эффектом Керра , где, поскольку луч настолько интенсивен , 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 коллапсирует на такие волокна чрезвычайно высокой интенсивности, он может легко превысить порог лазерного повреждения. лазерного стекла и другой оптики, серьезно повредив их, создав ямки, трещины и серые следы на стекле.

Эта новая проблема стала очевидной только тогда, когда мощность лазеров была увеличена до того места, где происходят нелинейные явления 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 взаимосвязь между интенсивностью нелинейного эффекта для всех типов стекла. Как заметил Крупке:

Это было похоже на Розеттский камень . Используя это количественное соответствие, они смогли построить график нелинейных характеристик преломления 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 помогло уменьшить проблему в максимально возможной степени, проблема все еще существовала. Для небольших экспериментов этого было бы недостаточно, чтобы беспокоиться об эффекте, но, учитывая, что гораздо более крупный и мощный Shiva уже разрабатывается, необходимо изучить какой-то способ дальнейшего улучшения гладкости луча лазера.

Самый простой способ устранить эти эффекты - отфильтровать их физически, используя метод преобразования Фурье , 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 пространственной анизотропии могут привести к очень низкому углу дифракции от центральной линии, однако для улучшения характеристик сглаживания трубка пространственного фильтра имеет очень большую длину, тем самым 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 выполнить как можно быстрее, чтобы выявить потенциальные проблемы и придумать 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.

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

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]

  • 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