新一代光学薄膜技术提升NIF激光功率

发布时间: 2017-04-20 10:56:49   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

 国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)的光学工程师为NIF装置的的光学元件开发了一种新的抗反射薄膜,既可以提高传送到靶室的脉冲能量(根据熟悉该计划的专家透露,对损伤控制能够提高能量到2.6兆焦耳,激光脉冲为5ns(目前为3ns)),也有助于保护其他光学元件免受碎片的影响,降低易损部件的更换频率。

NIF主管指出,新的二氧化硅颗粒薄膜将会降低一半以上的需要更换的光学器件,安装团队正在进行新技术的安装,目前已对四分之三的组件进行了升级。

1 镀反射膜的GDS

研究人员利用Sol-gel工艺制备的薄膜,主要用在NIF的光栅碎片屏蔽(grating debris shields, GDS)组件上。光栅碎片屏蔽组件是NIF192路激光光束入射靶室的倒数第二个光学元件,除了生成NIF工程师用于监控的诊断光束,它还用于保护其它光学元件,使其免受靶室环境的影响。研究人员开发了“先进缓解工艺(advanced mitigation process, AMP)”,通过去除杂质和减少微裂缝使光学元件表面更具有抗损伤性,从而进一步保护了光学元件。“这些缺陷在暴露于激光下时,会在表面上产生微小的破坏坑,这些凹坑随着重复的激光照射而增长,并限制了光学元件的使用寿命。”他们解释说。

NIF激光都需要经过一系列复杂的放大器,反射镜和波长转换器,将激光放大并引导到靶室,快速压缩靶,从而实现惯性约束聚变。

GDS组件非常关键:它会衍射少量的激光用于光束诊断,帮助NIF研究人员平衡所有192路光束进入靶室的能量。但是,来自未镀膜GDS的反射会对其他光学器件产生大量的损坏。

LLNL的工程师负责人Marcus Monticelli表示:“这些光栅必须非常稳定。之前保持稳定的方法是使其保持不镀膜的状态,因为涂层的折射率可随时间而变化。这将极大地影响衍射效率,导致NIF上的功率平衡问题。但不镀膜的熔融石英光学元件会反射将近4%的紫外能量,也代表着大量的光能量。其中一些反射光最终会集成在包含最终光学元件的集成光学模块(Integrated Optics Module, IOM)中,产生高亮度的光束,对IOM的玻璃造成损伤。此外,NIF的每次打靶都会对IOM损伤,GDS上会布满来自靶室的爆炸碎片。

当所有涂覆的GDS组件就位时。NIF每年所需的新GDS组件将会从约130个降低到40个,这将极大地减低成本。

摘译自: http://optics.org/news/8/4/9

http://www.independentnews.com/news/reduction-in-optics-damage-promises-nif-performance-boost/article_a2a7afec-1a34-11e7-ae68-03f4e1bee0b8.html

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