使激光器功率最大化
時間：2018-02-05
作者：科學網
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在上世紀60年代發明出來的激光器利用諸如閃光燈等外部“泵”激發雷射材料——通常是氣體、晶體或者半導體——原子內的電子。當其中一個被激發的電子回到初始狀態，便會釋放光子。這反過來刺激另一個電子釋放光子，以此類推。
由于功率等于能量除以時間，因此使功率最大化主要有兩種方法：要么增強激光器的能量，要么縮短脈沖的持續時間。上世紀70年代，勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）的研究人員聚焦的是增強激光器能量的方法。他們的做法是讓光束通過另外的由釹摻雜玻璃制成的激光晶體。不過，超過一定強度的光束會破壞放大器。為避免這一問題，LLNL不得不讓放大器變得更大——直徑達到幾十厘米。但在1983年，如今在法國巴黎綜合理工學院工作的Gerard Mourou和同事取得突破。他意識到，較短的激光脈沖可通過衍射光柵被及時擴展，從而減少其強度。在被安全地放大到更高能級后，光線可被另一個光柵再次壓縮。最終的結果是：更加強大的脈沖和毫發無損的放大器。
這種“啁啾脈沖放大”已成為大功率激光器的基本特征。1996年，它使得LLNL研究人員利用激光器產生了世界上首個PW級脈沖。自此以后，LLNL一直在追尋更高能級，以實現激光驅動核聚變。在一次將微型氫膠囊加熱至熔化溫度的努力中，該實驗室下屬國家點火裝置（NIF）創建了擁有1.8兆焦能量的脈沖。不過，這些脈沖相對較長，并且仍然只能產生1PW功率。
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