改变激光偏振态或可减少NIF光学损伤
摘要
Lawrence Livermore国家实验室科学家研究发现，改变国家点火装置激光偏振态可减少背向散射对光学元件的损伤。线偏振导致光束间能量转移差异增大，而圆偏振提供中间转移速率，有望降低背向散射不稳定性。但实现圆偏振需专用波片元件，目前尚无满足NIF要求的制造方案。
Lawrence Livermore国家实验室科学家的新计算表明，改变国家点火装置激光的偏振态可以减少背向散射，这种效应可能导致光学元件在单次发射后无法使用。
NIF通过将192束激光聚焦到一个称为黑腔的微型罐体顶部和底部的两个3毫米孔中来实现惯性约束聚变，黑腔内含有一个燃料胶囊，在内爆过程中产生等离子体。在此过程中，部分激光能量不可避免地偏离光束方向散射，有时会击中装置的光学元件。
LLNL物理学家Pierre Michel表示：“对发射操作的影响可能相当严重，具体取决于一次发射中有多少光学元件受损以及当时有多少备用光学元件可用。”
Michel是发表在《等离子体物理学》上一项新研究的主要作者，该研究发现改变激光偏振态可能减少背向散射量。
该研究探讨了交叉光束能量转移效应，即光束在等离子体内部相交并交换能量。根据论文，研究发现初始激光偏振态导致“CBET中出现显著的光束间差异”，而被放大的光束可能触发背向散射不稳定性。
这些新计算发现，线偏振给出最小和最大的CBET速率，增加了差异性，而圆偏振则给出中间的转移速率。
虽然这有望减少背向散射，但理解该效应的程度并不简单。
Michel说：“我们对背向散射缺乏良好的预测能力；尽管经过数十年的研究，激光-等离子体相互作用仍然是ICF中最复杂的领域之一。”
背向散射随激光强度呈非线性变化。在低强度下，背向散射水平对强度变化非常敏感，而在高强度下背向散射可能达到饱和，使其对激光强度不那么敏感。
由背向散射引起的光学元件损伤也是非线性的。
Michel说：“粗略来说，存在一个损伤阈值通量（光学元件上单位面积的背向散射能量），低于该值时不会发生任何损伤，高于该值时光学元件会严重受损并需要立即更换。”
除此之外，要在NIF上实现圆偏振激光还需要开展相关工作。需要一种“专用波片元件”来产生圆偏振。
NIF首席激光系统工程师Jean-Michel Di Nicola表示：“截至目前，尚无已知的直接途径来制造满足NIF孔径尺寸和要求的此类器件（四分之一波片）。我们目前正在研究潜在的制造方法，包括通过我们获得专利的超表面技术。”