サイクロプスレーザー

サイクロプスは1975年にローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）で建造された高出力レーザーである。これは慣性閉じ込め核融合（ICF）の研究を目的とした研究所のレーザープログラムで建造された2番目のレーザーであった。^[1]

サイクロプスは、単一ビームのネオジムガラス(Nd:ガラス) レーザーでした。その 2 ビーム バージョンであるヤヌス レーザーも 1975 年に完成しました。その建造の主な科学的目的は、高出力レーザー ビームの非線形集束効果、新しい増幅技術 (ブリュースター角の Nd:ガラス ディスク)、アルガス​​ レーザーやシヴァ レーザーなどのその後の高出力レーザーで使用される空間フィルタリング技術、および慣性閉じ込め核融合(ICF) 研究でした。

最も初期の ICF レーザー実験でも、対処する必要のある主な問題の 1 つが、ビームの焦点が合わないことと、光カー効果によって生じるビームの極度の強度によって光学系が損傷することであることが実証されています。光カー効果では、ビームが非常に強いため、空気またはガラスを通過するときに光の電界によって実際に材料の屈折率が変わり、最も強いポイントでビームが「自己焦点」になり、非常に高い強度のフィラメントのような構造になります。ビームがこのように非常に高い強度のフィラメントに崩壊すると、レーザー ガラスやその他の光学系のレーザー損傷しきい値を簡単に超え、ガラスに穴、ひび割れ、灰色の跡ができ、光学系に深刻な損傷を与える可能性があります。

この新しい問題は、レーザーの出力が増大し、非常に強い光線で非線形現象が発生するようになったときに初めて明らかになりました。LLNL の Krupke 氏は次のように述べています。

光の強度が核融合レーザーのように十分に高くなると、光内の電界がガラスの原子を非常に強く乱し、ガラスは非線形に反応します。

当時、これらの効果に関する確固とした理論的理解はなく、予測は困難でした。しかし、LLNL の研究者は、自社の努力と商業用ガラス ベンダーの努力を組み合わせ、あらゆる種類のガラスに対する非線形効果の強度の関係を説明する新しい予測ツールを開発することができました。Krupke 氏は次のように指摘しています。

それはまるでロゼッタストーンのようでした。この定量的な対応関係により、何百万ものガラスの非線形屈折性能をプロットし、可能な限り低い値を持つガラスを見つけることができました。その後、私たちは産業パートナーと協力して、必要な特性を持つ組成物を作成しました。

適切なガラスを使用することで、この問題を可能な限り軽減できましたが、それでも問題は存在しました。小規模な実験では、これは心配するほどの影響ではありませんが、はるかに大きく強力な Shiva がすでに設計中であるため、レーザーのビームの滑らかさをさらに向上させる方法を研究する必要がありました。

これらの影響を排除する最も簡単な方法は、ビームの空間強度プロファイルにフーリエ変換技術を適用して物理的にフィルタリングすることだった。イメージング空間フィルタは、実際には、ピンホールを通して光を集光するためにレーザービームに挿入される小さな逆望遠鏡である。しかし、空間異方性の多くのモードでは、中心線からの回折角が非常に低くなるため、平滑化性能を向上させるために、空間フィルタチューブは非常に長く、それによってフィラメントが中心線から移動する距離が最大化される。このようなレーザーはこれまで構築されておらず、Nd:ガラスレーザー自体を調査した以前のJanusレーザーは、わずか数メートルの長さであった。

サイクロプスは、まさに長いレーザーを構築する際の問題を研究するために作られました。サイクロプスは、実質的には、より大きなシヴァ設計の単一ビームであり、潜在的な問題を特定し、フィルターの最適な配置を見つけるために、できるだけ早く完成させることができました。この目標において、サイクロプスは成功し、それ以来、ICF の主要な取り組みはすべて空間フィルタリング技術を使用しており、今日では 100 m オーダーのレーザー「ビームライン」がますます拡大しています。

Cyclops がまだ建設中だった一方で、空間フィルタリング技術を組み込んだ別の LLNL レーザー、Argus が建設中でした。Argus は、各ステージ間に空間フィルタを備えた一連の増幅器に光を通し、テラワットのビーム出力を容易に達成しました。

• レーザ
• ローレンス・リバモア国立研究所
• レーザーの種類一覧

• https://web.archive.org/web/20041109063036/http://www.llnl.gov/50science/lasers.html
• http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/16710-UOC0xx/native/16710.pdf
• http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1976lim..conf...18A&db_key=PHY&data_type=HTML&format=&high=44fac4eeaa06475