光子学助力聚变

高意 生产的二极管激光器 光子器件,为激光聚变技术的支持 与商业化支持 。

2025年3月11日 作者: 高意

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试想一个世界,我们能够利用驱动恒星运行的同一股能量,从而获得几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源。这就是核聚变的承诺——这一过程有望彻底改变我们的能源格局。磁约束和惯性约束是两种极具前景的技术,它们不仅能够实现核聚变,更能将可持续的清洁能源发电变为现实。  

国家点火设施(NIF)利用激光驱动的惯性约束技术,取得了正增益这一里程碑式的成果。  这一成果加速了研发进程,并缩短了商业化的时间表。通往可行核聚变电站的道路不仅面临科学 工程科学 挑战,还需确保供应链合作伙伴能够提供经济高效且可靠的设备和产品。激光聚变所需极高的脉冲能量,要求光子学产品的性能和运行能力远超主流激光应用。这正是供应链面临的主要问题。

凭借数十年来为各类规格的激光及传输光学元件 提供支持的高意 支持 惯性聚变能源支持 高意 得天独厚的优势。从光纤和非线性晶体 二极管激光器我们全面的产品和解决方案 助力推动聚变科研的进步

让我们来探讨光子学技术在推动激光聚变技术发展方面所发挥的关键作用。 

 

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高意 聚变领域提供各种光子器件,这些器件专为满足激光生成和光束线的高要求而设计——  

二极管激光器高功率激光二极管组件在聚变应用中至关重要,特别是在驱动二极管泵浦固态激光器 DPSSL)方面,后者是引发聚变反应的核心。其壁插效率直接影响系统的整体能源效率,确保在能源密集型聚变过程中,以最小的损耗和最低的运行成本输送最大能量。 

大功率激光二极管可以实现量产,且其波长可与DPSSL介质的吸收波长精确匹配,从而确保最佳的能量传输。峰值功率同样至关重要,因为需要高强度脉冲才能创造出聚变所需的极端条件。 

高功率激光二极管体积小,便于高密度封装,从而能够实现高功率应用所需激光二极管阵列的规模化。此类二极管已证明具有较长的使用寿命,这对实现长期可靠运行至关重要,而这也是商业聚变反应堆可行性的必要条件。长寿命二极管可降低维护和更换成本,从而提高整个系统的可靠性和经济可行性。  

 

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一套交钥匙式350kW QCW二极管泵浦模块,将100堆栈 每个堆栈 光棒)发出的光束合并为一个均匀光束,其二次方截面尺寸为78毫米×78毫米。

 

大型光学元件为减轻光学损伤而采用的大光束直径极大地增加了光学孔径,部分光学元件 的直径光学元件 1米(39英寸)。使用透射型光学元件 进行聚焦光学元件 极高精度的大型光学元件 必须能够承受聚变设施中常见的高强度辐射和恶劣环境。 

我们为NIF提供用于其光学元件 ”的楔形聚焦透镜(WFL)。每片WFL均为400毫米×400毫米尺寸、焦距7.7米的离轴非球面透镜,由高品质熔融石英制成。我们采用一套计算机控制的抛光和测量设备,以达到NIF对这些组件所要求的极高精度。 我们是全球为数不多的能够稳定大批量生产此类大口径精密非球面光学元件的制造商之一。

 

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国家点火设施中使用的400×400毫米大孔径楔形透镜正在接受测试。

 

光纤 高意 种类齐全的特种光纤 最佳性能特种光纤 具有最低的光暗化效应、最高的吸收率以及宽大的模场面积。这些光纤是构建单频、ultrafast及高功率激光器理想选择。它们常与我们的XLMA光纤搭配使用激光器 高能聚变科研作为种子注入激光器 发挥着至关重要的作用。

晶体 放大器 拍瓦激光系统 放大器 各处广泛晶体 晶体 非线性频率晶体 。大多数激光器 末级激光器 将激光频率提升三倍,这通过使用晶体分两阶段实现。转换效率随功率密度的增加而提高,但这与损伤阈值之间存在权衡。 尽管制造大口径晶体面临重大挑战,但我们能够依托数十年的商业成功经验,不断突破尺寸极限。 

 

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激光诊断 科研 中的激光测量科研 对种子激光器功率激光器 科研 精确的监测和控制。高意 专为满足这些需求而设计的激光测量产品。产品线光束诊断 、热电堆、热释电传感器以及LabMax Touch等独立测量仪,这些设备能够对能量和功率测量进行精确分析和数据记录。 常见的传感器包括适用于sapphire (Ti:sapphire 、工作频率高达 1 kHz 的 MaxBlack 陶瓷涂层传感器,适用于更高频率(10 kHz)的漫反射金属传感器,以及扩散器 Nd:YAG激光器 扩散器 光谱校准的光学扩散器 。对于高激光器PM10K+ 可实现高达 12 kW 的功率测量。这些工具为聚变系统中的全面激光监测提供了所需的精度和可靠性。 

 

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高功率、高能量、可追溯至NIST的电能表,配备数据和脉冲分析仪器。

 

隔离器:我们 高性能的光学旋转器和隔离器专为满足科研严苛要求而设计,助力科学家实现核聚变所需的极端条件。针对最严苛的应用场景,EOC开发了PAVOS Ultra产品系列。这些基于氟化钾铽(KTF)的隔离器在性能上实现了代际飞跃。 PAVOS Ultra 的热透镜焦移显著降低,且呈轻微负值。这意味着 KTF 非常适合高平均激光器 TGG(钆镓石榴石)则更适合高能量激光器 。当您将 KTF 与高性能偏振片及热管理技术相结合时,便能打造出推动市场发展的关键产品。我们致力于通过提供尖端性能 激光组件,推动聚变技术的发展。

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标准型和定制型隔离器具有大通光孔径、高功率处理能力,在显著降低热透镜效应的同时,仍能保持光束质量。

 

激光放大器: Astrella ultrafast 放大器 最新一代的一体化千赫兹激光系统,其设计与制造旨在实现最高的可靠性、运行时间以及业界领先的性能。大量此类系统已被应用于各类科学 和工业 ,例如飞秒材料加工。

It can be used as a reliable front-end for low-to-mid level high intensity laser facilities, though more typically provides <35 fs or <100 fs pulses for time-resolved and multidimensional coherent spectroscopy, THz spectroscopy, ultrafast electron diffraction, attosecond and high-harmonic generation experiments and EUV/soft X-ray spectroscopy.  With up to 9 mJ/pulse it is an ultimate choice for wide range of scientific applications. The unique design features, like sealed stretcher-compressor, hands-free oscillator and thermally-stabilized sub-systems have been optimized by HALT/HASS protocols providing reliability expected in industrial laser systems. It is an ideal source to pump an optical parametric amplifier to extend the wavelength coverage from UV to mid-IR.

 

摘要

在高度专业化的核聚变科研领域,我们提供众多用于光束传输 聚焦的关键组件。每个产品类别均具备其他制造商无法比拟的性能。包括窄线宽大功率连续波(QCW)二极堆栈、高精度大面积光学元件 晶体、业界顶尖的模式保持隔离器,以及尖端性能 的光纤。

我们与多家顶尖聚变科研 有着成功的合作历史,其中包括国家点火装置(NIF)和国际热核聚变实验反应堆(ITER)。这些合作充分证明了我们有能力满足高知名度项目的严格要求,并为该领域的重大进展做出贡献。

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