據悉，Lawrence Livermore國家實驗室數十年來在高能激光器開發方麵的領導地位，正被利用為(wei) SLAC國家加速器實驗室線性相幹光源(LCLS)的重大升級提供關(guan) 鍵組件。

研究人員在SLAC的LCLS遠實驗大廳的“MEC艙”工作。MEC光學激光係統在材料中創造極端的溫度和壓力，LCLS x射線激光束捕捉材料的響應。來源：Matt Beardsley/SLAC.

在接下來的幾年裏，LLNL的高級光子技術(APT)項目將設計和建造世界上最強大的千萬(wan) 億(yi) 瓦激光係統之一，安裝在LCLS升級的極端條件物質(MEC)實驗設施中。由能源部科學核聚變能源科學項目辦公室資助。

這種新型激光器將與(yu) LCLS x射線自由電子激光器(XFEL)結合，以促進對高能密度(HED)物理、等離子體(ti) 物理、聚變能、激光-等離子體(ti) 相互作用、天體(ti) 物理學、行星科學和其他物理現象的理解。

現有的MEC設備使用光學激光與(yu) LCLS的x射線激光脈衝(chong) 耦合，以探測極端溫度和壓力下物質的特性。MEC實驗已經產(chan) 生了突破性的科學成果，比如首次觀測到在天王星和海王星這樣巨大的冰凍行星深處存在的“鑽石雨”。

“Livermore和Rochester正在設計的新型高功率激光器在他們(men) 自己的領域是世界領先的。”mecu項目主管Alan Fry說，“將它們(men) 與(yu) LCLS結合將極大地提高它們(men) 的科學用途，這種結合將是一種前所未有的能力。”

LCLS XFEL末端的新mecu洞窟的概念設計。該設備將包括LLE的千焦耳(kJ)激光、LLNL的10赫茲(zi) 額定petawatt/長脈衝(chong) 激光係統、一個(ge) 主目標室和一個(ge) 主目標室下遊的多用途二次交互場所。來源：Gilliss Dyer/SLAC.

“有了我們(men) 正在建造的10赫茲(zi) petawatt激光器，以及LLE的長脈衝(chong) 壓縮激光器和升級的LCLS能力，LCLS和它的mecu設備將成為(wei) 高重複率、激光驅動的HED實驗的美國旗艦。”負責高能密度光子係統的NIF &光子科學項目主任Vincent Tang說。

Tang補充說:“將最新和最好的超快激光技術與(yu) MEC-U設施的LCLS光束線相結合，將為(wei) 美國發現科學和國家安全研究提供一種全新的高通量HED能力。我們(men) 將能夠在極端壓力和溫度下快速提高我們(men) 對等離子體(ti) 和材料的理解，同時提高我們(men) 以重複頻率和規模操作HED技術和係統的能力，這與(yu) 未來的重要應用(如慣性聚變能)有關(guan) 。”

美國國家核安全局(NNSA)表示有興(xing) 趣與(yu) 科學辦公室合作，以增加額外的高能長脈衝(chong) 激光能力，以進一步支持NNSA基於(yu) 科學的庫存管理計劃。目標之一是提高科學家預測下一代材料在極端環境下的性能的能力;慣性約束聚變的微物理研究並使研究比以前更大體(ti) 積的高原子數材料成為(wei) 可能。

L3-HAPLS激光係統，安裝在位於(yu) 捷克共和國Dolní Břežany的ELI光束研究中心。來源：Lawrence Livermore National Laboratory

HAPLS增壓

LLNL研究實驗室的項目經理兼首席科學家TomSpinka表示，這將是一種簡化版的高重複率先進千兆瓦激光係統(HAPLS)，該係統由APT計劃在2014年至2018年期間設計和開發。HAPLS，世界上第一個(ge) 全二極管泵浦的petaw激光器，現在是歐盟在捷克共和國的極端輕型基礎設施光束線設施的關(guan) 鍵組成部分(見“先進激光承諾令人興(xing) 奮的應用”)。

Spinka說:“RRL將在HAPLS開創性工作的基礎上建立。它將把NIF閃光燈泵浦摻釹玻璃Advanced Radiographic Capability中使用的直接啁啾脈衝(chong) 放大技術與(yu) LLNL實驗室直接研發項目開發的HAPLS二極管泵浦玻璃泵激光技術結合在一起。

“這種架構最初被稱為(wei) 可擴展高功率高級射線成像能力(SHARC)，消除了HAPLS激光係統的損耗第二階段(摻鈦藍寶石)，在相同的峰值功率和重複頻率下，最終提供的能量大約是HAPLS的5倍。”

LLNL的MEC-U設備的RRL將與(yu) eli - beam的HAPLS(現在稱為(wei) L3-HAPLS)激光器的性能提升到其完整的設計規格並行開發。它還將利用APT正在開發的其他先進激光技術，包括一種新的高能法拉第旋轉器，該旋轉器是根據與(yu) Electro-Optics technologies Inc.的合作研發協議開發的。

將安裝在MEC-U工廠的LLNL拍瓦激光器的設計效圖。來源：Lawrence Livermore National Laboratory

啟用新物理學

“MEC-U是NIF&PS開發下一代高平均功率超快激光器和實現高重複率HED科學戰略的核心部分.”Tang說,“MEC-U能夠實現的新物理範圍廣泛，高度適用於(yu) LLNL任務。對LLNL和社區來說，這是一個(ge) 令人興(xing) 奮的機會(hui) 。”

“不僅(jin) 是我們(men) 處理一些世界領先的激光實驗室。” Fry說,“但我們(men) 也與(yu) 世界實驗科學的專(zhuan) 家合作,高能量密度的科學,和美國能源部科學辦公室用戶的操作設備,來自世界各地的科學家可以來做實驗。”

LaserNetUS是一個(ge) 研究網絡，它正在促進全國各地的實驗室和大學使用高強度激光設備。

MEC-U於(yu) 去年秋天獲得美國能源部科學辦公室的批準，從(cong) 概念設計階段進入初步設計，預計將在大約兩(liang) 年內(nei) 開始施工。

APT RRL團隊由Tang擔任高級團隊負責人;Spinka擔任項目經理和首席科學家;RobertPlummer擔任項目工程師;Brendan Reagan為(wei) 激光建築師。

來源：LawrenceLivermore National Laboratory