使激光器功率最大化
時(shi)間(jian)：2018-02-05
作者(zhe)：科學網
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在上世紀60年代發明(ming)出來的(de)(de)激(ji)(ji)光器利用諸如(ru)閃光燈等外(wai)部“泵(beng)”激(ji)(ji)發雷射材料——通常是氣體(ti)、晶體(ti)或(huo)者(zhe)半導(dao)體(ti)——原子(zi)(zi)內的(de)(de)電子(zi)(zi)。當其中一個(ge)被激(ji)(ji)發的(de)(de)電子(zi)(zi)回到初始(shi)狀態，便會釋放光子(zi)(zi)。這反過來刺激(ji)(ji)另一個(ge)電子(zi)(zi)釋放光子(zi)(zi)，以此類推。
由(you)于(yu)功率等(deng)于(yu)能(neng)量除以時間，因此(ci)使(shi)功率最(zui)(zui)大(da)化主要有兩種方(fang)法：要么(me)增強(qiang)激光(guang)(guang)器的(de)(de)能(neng)量，要么(me)縮短(duan)脈沖的(de)(de)持續時間。上世紀70年代，勞倫斯(si)利物莫(mo)國家實驗室(shi)（LLNL）的(de)(de)研究人員聚焦的(de)(de)是增強(qiang)激光(guang)(guang)器能(neng)量的(de)(de)方(fang)法。他們(men)的(de)(de)做(zuo)法是讓光(guang)(guang)束通過另外(wai)的(de)(de)由(you)釹摻雜玻璃制成的(de)(de)激光(guang)(guang)晶體。不過，超(chao)過一(yi)定強(qiang)度的(de)(de)光(guang)(guang)束會(hui)破壞放大(da)器。為避免這一(yi)問題，LLNL不得不讓放大(da)器變得更大(da)——直徑(jing)達到(dao)幾十厘米。但在(zai)(zai)1983年，如今在(zai)(zai)法國巴黎(li)綜合理工學院工作的(de)(de)Gerard Mourou和(he)同事取得突破。他意識到(dao)，較短(duan)的(de)(de)激光(guang)(guang)脈沖可通過衍射光(guang)(guang)柵被及時擴展，從而(er)減少(shao)其強(qiang)度。在(zai)(zai)被安全(quan)地放大(da)到(dao)更高能(neng)級后，光(guang)(guang)線(xian)可被另一(yi)個光(guang)(guang)柵再(zai)次壓縮。最(zui)(zui)終(zhong)的(de)(de)結果(guo)是：更加強(qiang)大(da)的(de)(de)脈沖和(he)毫發無(wu)損的(de)(de)放大(da)器。
這(zhe)種(zhong)“啁啾(jiu)脈沖放(fang)大(da)”已成為(wei)大(da)功率激(ji)光器的(de)基本特(te)征。1996年，它(ta)使得LLNL研究(jiu)人員利用激(ji)光器產生(sheng)了世界(jie)上首個PW級(ji)脈沖。自此以(yi)后，LLNL一直在追尋更高能(neng)級(ji)，以(yi)實現激(ji)光驅動(dong)核聚(ju)變。在一次將微型(xing)氫(qing)膠(jiao)囊加熱(re)至熔(rong)化溫度的(de)努力中，該實驗(yan)室(shi)下屬國家點(dian)火(huo)裝置（NIF）創建了擁有1.8兆焦能(neng)量的(de)脈沖。不(bu)過，這(zhe)些(xie)脈沖相對較長，并且仍然只能(neng)產生(sheng)1PW功率。
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