勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(NIF)如同一輛始終在極限狀態下運行的賽車,其光學元件承受著巨大的壓力。在整個長達近一公里的光束線中,數以千計的光學元件(許多為40厘米見方)負責激光的放大、傳輸、反射、波長改變和聚焦,以實現高達2.2兆焦耳的激光能量。
據光學與材料科學項目主任Tayyab Suratwala介紹,NIF的運行能力、發射次數、發射功率和能量,都與光學元件的回收、翻新和重新安裝速率密切相關。這一被稱為光學回收循環的過程,是NIF持續創新和獨創性的重要體現。
當NIF激光器發射時,激光束強度極高,會對光學元件表面造成損傷,留下小至5-10微米的損傷點。如果不加以控制,這些損傷點會迅速增長,導致光學元件無法繼續使用。因此,每周多達40個NIF大型光學元件會被拆除進行翻新,而同樣數量的新翻新光學元件則被安裝回系統。
在NIF運行的15多年中,科學家和工程師不斷改進并提升了光學元件回收環路以及新光學元件的質量。他們采用多種新穎方法來保護光學元件,包括在損壞部位投射微小陰影,以及使用人工智能和自動顯微鏡檢查、分析和減輕損壞部位。隨著NIF激光能量的提高,科學家和工程師還發現了光學元件損壞的新方式,并隨后找到了減輕損壞的新方法。
光學和材料科學與技術小組的科技負責人雷恩·卡爾表示:“這是一組非常有趣的物理現象,每次受到激光損傷時都會發生。對于激光來說,這是一個很大的麻煩,但從科學角度來看,這卻令人著迷。”