部署了世界上最强大的激光二极管阵列

捷克共和国正在建设的高重复率高级Petawatt激光系统(HAPLS)旨在产生超过1千瓦的峰值功率(1千瓦,1015瓦)。该仪器的关键部件-激光“泵”-将是劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)最近建造的一组固态激光二极管阵列。在峰值功率下,这种电子组合产生了惊人的320万瓦功率,是有史以来最强大的激光二极管阵列。

高能激光系统中的泵是元件或组件使用高功率光激发(或“泵浦”)激光介质中的原子的元素-例如,红宝石棒或充气玻璃管(在HAPLS系统中,它是钛掺杂的蓝宝石)-到产生激光。在早期的高能激光系统中,通常使用石英或氙气闪光灯来实现这一点,以产生所需的超强闪光。

不幸的是,这些类型的激光泵都受到很大的影响。它们闪烁时产生的热量-例如石英闪光灯中高达900°C(1,650°F)-闪光速率太慢,无法用于新开发的研究领域。然而,在HAPLS中,作为泵的二极管阵列相比之下更冷,并且能够以每秒10次(10赫兹)的速率发射。

“用于激光器的闪光灯技术已经存在了50多年,我们已经大大推动了该技术的极限,并最大限度地发挥了我们可以用它们做的事情,“HAPLS的系统架构师AndyBayramian说道。“我们已经关闭了闪光灯的书籍,并开始使用这些激光二极管阵列开发一种新型激光二极管阵列,从而实现了更为先进的高能激光系统。”

由于新的LLNL二极管阵列能够将多千焦耳激光脉冲射入HAPLS的最终功率放大器,该系统不仅能够产生大于1千万亿瓦的峰值功率,但是每个脉冲的重复频率为10赫兹和30飞秒(30万亿分之一秒)。

团队认为这样的能力和速度将激励各领域的研究领域。作为粒子加速物理学,生物物理学,化学,高级成像和量子物理学。该团队断言,这种技术也可能是激光喷丸和激光熔化等工业过程中新进展的关键。

其他具有petawatt功能的激光系统相比,HAPLS也是一个相对紧凑的系统,例如劳伦斯伯克利国家实验室的BELLA系统,占地面积约100平方米(1,076平方英尺)。相比之下,HAPLS最终将安装在欧盟的极光基础设施(ELI)Beamlines工厂中,占地面积仅为78平方米(840平方英尺),目前正在捷克共和国建造。

“欧洲的极光基础设施正在建设配备尖端激光技术的国际科学用户设施,以探索基础科学和应用,”HAPLS项目主任ConstantinHaefner说。“利弗莫尔(LLNL)是高能量,高平均功率激光系统的全球领导者之一,布拉格的ELIBeamlines与我们合作建造了新一代的petawatt激光系统HAPLS,为科学提供了新的途径研究。“

除了产生非凡水平的激光功率外,LLNL二极管激光器阵列同样消耗过多的功率。为了提供这种能量,LLNL还开发了一种新的脉冲电源系统并申请了专利,该系统将电网电源转换为特别高电流,精确成形的电脉冲,其各自的电源能够输出大约40,000安培的电流。

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