Cyclops laser - Cyclops laser
Cyclops byl vysoce výkonný laser zkonstruovaný v laboratoři Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v roce 1975. Byl to druhý laser zkonstruovaný v laserovém programu laboratoře , jehož cílem bylo studovat fúzi inerciálního porodu (ICF).
Cyclops byl jednopaprskový neodymový skleněný (Nd: skleněný) laser. Janus laser , verze dvoupaprskové to, byl také dokončen v roce 1975. Hlavní vědecké cíle jeho konstrukce byly pro studium nelineárních účinků zaměřených na vysoký výkon laserových paprsků, nové techniky amplifikace (disky Nd: skla o brewster angle ), techniky prostorové filtrace, které by byly použity na následných laserech s vyšším výkonem, jako jsou lasery Argus a Shiva, a pro výzkum fúze setrvačné omezenosti (ICF).
Pozadí
Dokonce i první ICF laserové experimenty ukázaly, že jedním z hlavních problémů, které bylo třeba řešit, bylo špatné zaostření paprsků a poškození optiky kvůli extrémní intenzitě paprsku způsobené optickým Kerrovým efektem , kde, protože paprsek je tak intenzivní „že při svém průchodu vzduchem nebo sklem elektrické pole světla ve skutečnosti mění index lomu materiálu a způsobuje, že paprsek v nejintenzivnějších bodech„ zaostřuje “dolů na vlákna jako struktury extrémně vysoké intenzity. Když se paprsek zhroutí na vlákna s extrémně vysokou intenzitou, jako je tato, může snadno překročit práh optického poškození laserového skla a jiné optiky a vážně je poškodit tím, že ve skle vytvoří jamky, praskliny a šedé stopy.
Tento nový problém se stal zřejmým až poté, co byly lasery zvětšeny výkonem tam, kde dochází k nelineárním jevům s velmi intenzivními paprsky světla. Krupke společnosti LLNL uvedl:
Pokud se intenzita světla dostatečně zvýší - jako u fúzních laserů - elektrické pole ve světle ruší atomy skla tak silně, že sklo reaguje nelineárně.
V té době neexistovalo silné teoretické pochopení těchto účinků a jejich předvídání bylo obtížné. Výzkumníci LLNL však spojili své vlastní úsilí s úsilím komerčních prodejců skla a dokázali vyvinout nový prediktivní nástroj, který vysvětlil vztah mezi intenzitou nelineárního účinku na všechny typy skla. Jak poznamenal Krupke:
Bylo to jako kámen Rosetty . S touto kvantitativní korespondencí dokázali vykreslit nelineární refrakční vlastnosti milionů brýlí a najít tu s nejnižší možnou hodnotou. Poté jsme společně s našimi průmyslovými partnery vytvořili kompozici s charakteristikami, které jsme potřebovali.
Ačkoli použití správného skla dokázalo problém co nejvíce snížit, problém stále existoval. U menších experimentů by to nestačilo na obavu, ale u mnohem větší a výkonnější Shivy, která je již ve fázi návrhu, bylo třeba studovat nějaký způsob dalšího zlepšení hladkosti paprsku laseru.
Nejjednodušší způsob, jak tyto účinky eliminovat, bylo fyzicky odfiltrovat pomocí toho, co v zásadě odpovídá technice Fourierovy transformace aplikované na profil prostorové intenzity paprsku. Zobrazovací prostorové filtry jsou ve skutečnosti malé invertované dalekohledy vložené do laserového paprsku, aby zaostřily světlo skrz dírku. Mnoho režimů prostorové anizotropie by vedlo k velmi malému úhlu difrakce od středové čáry, takže pro zlepšení vyhlazovacího výkonu je trubice prostorového filtru extrémně dlouhá, čímž se maximalizuje vzdálenost, kterou se vlákna pohybují od středové čáry. Takový laser nebyl dříve postaven, dřívější Janusův laser, který zkoumal samotný skleněný laser Nd:, byl dlouhý jen několik metrů.
Byly to právě problémy se stavbou dlouhého laseru, které Cyclops postavil ke studiu. Cyclops byl ve skutečnosti jediný paprsek většího Shiva designu, který mohl být dokončen co nejrychleji, aby bylo možné identifikovat potenciální problémy a přijít s nejlepším uspořádáním filtrů. V tomto cíli byl Cyclops úspěšný a každé velké úsilí ICF od té doby používá techniku prostorového filtrování, což dnes vede ke stále rostoucímu laserovému „paprsku“ v řádu 100 m.
Zatímco Cyclops byl stále ve výstavbě, stavěl se další LLNL laser, který také obsahoval techniku prostorového filtrování, Argus . Argus prošel světlem řadou zesilovačů, s prostorovými filtry mezi jednotlivými stupni a snadno dosažitelnými silami terawattového paprsku.