科学家开发仿真软件模拟激光与物质的相互作用
栏目:企业动态 发布时间:2020-09-03 06:07
劳伦斯利弗莫尔邦度试验室的钻探职员通过众物理场仿真斥地出了一种用于修复熔融石英 激光用具有可调谐和准确等益处,普通行使于从广泛家用电器到进步钻探筑造的诸众行使中,较...

  劳伦斯利弗莫尔邦度试验室的钻探职员通过众物理场仿真斥地出了一种用于修复熔融石英

  激光用具有可调谐和准确等益处,普通行使于从广泛家用电器到进步钻探筑造的诸众行使中,较非常的通常行使囊括汽车零部件、条形码扫描仪、DVD 播放器和光纤通信等。固然很少有人会把激光器看作一个高精度热源,但恰是这项特征才使它成为原料处置行使中一个极度有用的东西,它能够完毕纳米级精度的原料限定或更改,比方玻璃、金属,或群集物等特定物质。

  正在任何行使中,明确激光与物质间的互相效力都是安排和优化激光体例的要害。Manyalibo Matthews 是劳伦斯利弗莫尔邦度试验室 (LLNL) 原料科学部的副组长,他正正在钻探这些庞大的激光与物质间的互相效力。他的钻探涉及天下上最易扩展的激光体例中熔融石英光学元件的修茸和珍爱。

  位于加州的 LLNL 担任处置邦度焚烧安装 (NIF),这里具有天下上最大、功率最高的激光器。这台巨型机械能发出 192 条独立的激光束,包罗 40,000 个光学元件,用于聚焦、反射和诱导这些激光束,它们能够将发射的激光脉冲能量放大 100 亿倍,然后将其导向至仿佛铅笔上橡皮擦巨细的一个标的。该激光器发生的温度、压力和密度仿佛于恒星、超新星和大型行星内核中的情形。天体物理和核钻探职员正行使该巨型激光来更好地分解宇宙,用作惯性桎梏聚变 (ICF) 工夫,即加热氢燃料,并将其压缩到能够发作核聚变响应的临界点。

  然则,这个健壮激光器的频频行使会摧残体例中的光学元件。“这些光学元件相当高贵。” Matthews 说:“ NIF 发生的高功率激光会摧残一面熔融石英光学元件,比方外外会显示小坑,就像石头撞到您汽车挡风玻璃时留下的陈迹雷同。咱们正正在竭力修茸和接受已损坏的那些元件。”图 1 中的示例显示了两个受损的光学外外修复前和修复后的神色。

  图 1. 频频揭破于顶峰值功率激光脉冲下而损坏的光学元件示例。(a) 和 (c) 点为受损的光学外外,(b) 和 (d) 对应于修复后的受损点。行使慢速退火工艺修复 (a) 处的受损,而 NIF 现正在正行使迅速微成形工夫来修复 (c) 处的受损,是以它正在光学上是良性的。

  固然因为激光器频频行使所累积的能量会跟着年光的络续而摧残光学元件,但咱们也能够欺骗激光器来修复。分歧于 NIF 所用的横跨三个足球场巨细的雄伟激光器体例,咱们行使了一个较小的、集成了光束和脉冲成形单位的桌面型体例来创制损害缓崩溃例,从而修复受损的光学元件。Matthews 近来正在 LLNL 的钻探注重于光学元件修复的新工夫,从更普通的角度来看,涉及激光与熔融石英或玻璃之间的互相效力。

  Matthews 和他的团队行使仿真研讨了用于修复损坏光学元件的三项工夫:红外线 (IR) 脉冲激光微成形/微板滞加工、慢速退火,以及激光化学气相重积((L-CVD)。

  正在第一个钻探周期中,他们中心剖析了分歧温度下熔融石英揭破于激光中时所发作行动背后的本原物理学和原料科学。