氦气冷却激光器：千瓦级HiLASE在惯性聚变能源的应用

"Design of a kJ-class HiLASE laser as a driver for inertial fusion energy" 本文探讨了一种用于惯性聚变能（IFE）动力植物的千焦耳级（kJ-class）HiLASE激光器的设计。HiLASE激光器是一种二极管泵浦的固态激光器，其主要放大器概念基于采用氦气冷却的多片结构，这种结构与Mercury激光系统所使用的类似。研究模型量化了通过氦冷冷却和优化设计的掺杂/宽度包层材料如何减少Yb3+:YAG晶体片中的热诱导相位失真和平均消偏。 惯性聚变能是一种潜在的未来能源技术，它依赖于高能激光束来压缩并加热小型燃料靶丸，从而引发核聚变反应。在这种过程中，激光器的性能是至关重要的，因为它们需要提供足够的能量，并保持光束质量以达到有效的靶丸加热。 HiLASE激光器的设计考虑了热管理，采用了氦气冷却技术，这是一种高效的冷却方式，可以降低固体激光材料因工作产生的热量，减少热畸变。热畸变会破坏激光的光学质量，降低其聚焦能力和能量传输效率。通过氦气冷却，可以显著降低Yb3+:YAG晶体片内的温度，从而减小这些不利影响。 此外，研究还涉及了包层材料的设计。包层材料是用来控制激光增益介质两侧的反射和传输的，其掺杂和宽度的优化可以改善激光的增益特性，降低平均消偏现象。消偏是指激光在传播过程中的偏振方向发生随机变化，这会降低激光束的相干性和能量集中度。优化的包层设计可以减少这种效应，提高激光束的质量。 文章发布在《高功率激光科学与工程》期刊上，展示了激光科学领域的最新进展，尤其是针对惯性聚变能应用的高性能激光器设计。该研究对于理解如何提升固态激光器的性能，以满足聚变能实验和未来聚变能发电厂的需求具有重要意义。作者团队包括Antonio Lucianetti、Magdalena Sawicka、Ondrej Slezak等人，他们对激光器的物理机制、冷却技术以及材料科学有深入的研究。 通过这一设计，HiLASE激光器有望成为推动惯性聚变能研究的关键工具，为实现清洁、高效的聚变能提供了可能性。然而，要将惯性聚变能转化为实用的能源，还需要解决许多技术挑战，包括激光系统的稳定性、靶丸制造和诊断技术等。这个研究为解决这些问题提供了重要的理论基础和技术参考。