使激光器功率最大化
2018-02-05
在上世纪60年代发明出来的激光器利用诸如闪光灯等外部“泵”激发雷射材料——通常是气体、晶体或者半导体——原子内的电子。当其中一个被激发的电子回到初始状态，便会释放光子。这反过来刺激另一个电子释放光子，以此类推。
由于功率等于能量除以时间，因此使功率最大化主要有两种方法：要么增强激光器的能量，要么缩短脉冲的持续时间。上世纪70年代，劳伦斯利物莫国家实验室（LLNL）的研究人员聚焦的是增强激光器能量的方法。他们的做法是让光束通过另外的由钕掺杂玻璃制成的激光晶体。不过，超过一定强度的光束会破坏放大器。为避免这一问题，LLNL不得不让放大器变得更大——直径达到几十厘米。但在1983年，如今在法国巴黎综合理工学院工作的Gerard Mourou和同事取得突破。他意识到，较短的激光脉冲可通过衍射光栅被及时扩展，从而减少其强度。在被安全地放大到更高能级后，光线可被另一个光栅再次压缩。最终的结果是：更加强大的脉冲和毫发无损的放大器。
这种“啁啾脉冲放大”已成为大功率激光器的基本特征。1996年，它使得LLNL研究人员利用激光器产生了世界上首个PW级脉冲。自此以后，LLNL一直在追寻更高能级，以实现激光驱动核聚变。在一次将微型氢胶囊加热至熔化温度的努力中，该实验室下属国家点火装置（NIF）创建了拥有1.8兆焦能量的脉冲。不过，这些脉冲相对较长，并且仍然只能产生1PW功率。
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