Nhân loại đang đứng trên bờ vực khai thác năng lượng sạch vô hạn, với công nghệ laser năng lượng cao đóng vai trò là chất xúc tác quan trọng. Trong việc theo đuổi phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát, các nhà khoa học không ngừng đẩy mạnh các giới hạn của khả năng laser. Bài viết này khám phá các ứng dụng của các cơ sở laser năng lượng cao trong nghiên cứu tổng hợp hạt nhân quán tính và tương tác ánh sáng-vật chất, đồng thời làm nổi bật những đóng góp công nghệ của Exail trong việc hỗ trợ những nỗ lực tiên tiến này.
Laser năng lượng cao được định nghĩa là các hệ thống laser xung có khả năng cung cấp năng lượng đầu ra từ 100 millijoule trở lên. Thông qua khuếch đại, các hệ thống này có thể đạt được mức năng lượng lên tới kilojoule hoặc thậm chí megajoule. Khi kết hợp với thời lượng xung ở quy mô nanosecond, năng lượng xung cao như vậy chuyển thành công suất quang học cực lớn—ví dụ, 1 joule được cung cấp trong 10 nanosecond tạo ra công suất đỉnh ở mức hàng trăm megawatt. Công nghệ laser sợi hiện là phương pháp hiệu quả nhất cho các ứng dụng laser công suất cao, được hưởng lợi từ sự phát triển công nghiệp rộng rãi do lĩnh vực viễn thông thúc đẩy.
Trong nghiên cứu tổng hợp hạt nhân quán tính (ICF), laser năng lượng cao tạo ra nhiệt độ và áp suất cực cao cần thiết để nén và đốt nóng nhiên liệu deuterium-tritium đến điều kiện tổng hợp. Ngoài tổng hợp, các laser này đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu tương tác ánh sáng-vật chất trong vật lý plasma và vật lý mật độ năng lượng cao.
Đối với các cơ sở laser quy mô lớn như LULI2000 của Pháp, cơ sở laser STFC của Vương quốc Anh hoặc các hệ thống cấp megajoule như Cơ sở đánh lửa quốc gia (NIF) ở Hoa Kỳ và Laser Mégajoule (LMJ) ở Pháp, việc kiểm soát thời gian chính xác của xung laser là một yêu cầu cơ bản. Công nghệ tạo hình xung cho phép kiểm soát chính xác việc cung cấp năng lượng laser, tăng cường hiệu quả tổng hợp và độ tin cậy của thí nghiệm.
Hệ thống ModBox-FrontEnd của Exail đại diện cho một bước tiến đáng kể trong hiệu suất tạo hình xung thời gian. Có khả năng tạo ra các xung laser với các cấu hình thời gian tùy ý trong khi vẫn duy trì tốc độ lặp lại cao, giải pháp tích hợp này mang lại độ tương phản và độ ổn định vượt trội so với các phương pháp điều chế thông thường.
Các cơ sở laser quy mô megajoule tiến hành các thí nghiệm cực kỳ phức tạp bằng cách đồng bộ hóa chính xác hàng trăm chùm tia laser lên các mục tiêu ở quy mô milimet. Các thí nghiệm này tạo ra các nhiễu loạn điện từ mạnh và môi trường bức xạ, bao gồm tia X xung, neutron 14 MeV và bức xạ gamma. Trong các buồng thí nghiệm này, tất cả các thiết bị—từ chẩn đoán laser và plasma đến hệ thống điều khiển—phải hoạt động đáng tin cậy dưới sự phơi nhiễm bức xạ mạnh.
Công nghệ sợi quang mang lại nhiều lợi thế trong những môi trường này, bao gồm độ bền vốn có và khả năng miễn nhiễm với nhiễu điện từ. Các hệ thống sợi chuyên dụng đóng vai trò là các công cụ đo lường quan trọng, cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực—đặc biệt đối với các ứng dụng định thời và tạo hình xung laser.
Trong hơn một thập kỷ, Exail đã là nhà cung cấp độc quyền các sợi chẩn đoán chịu bức xạ cho các cơ sở bao gồm NIF và LMJ. Các sợi chuyên dụng này duy trì chất lượng và độ chính xác của dữ liệu ngay cả trong môi trường bức xạ cao nhất gần các mục tiêu thí nghiệm. Trước khi chúng được phát triển, nhiều thí nghiệm đã diễn ra một cách hiệu quả “mù quáng” do không thể thu thập đủ thông tin mục tiêu.
Phòng thí nghiệm chung LabH6, được thành lập thông qua sự hợp tác giữa Exail và Phòng thí nghiệm Hubert Curien (CNRS/IOGS/Đại học St-Etienne), tập trung vào việc phát triển các công nghệ sợi quang cho môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu về tác động của bức xạ lên sợi silica thúc đẩy những cải tiến liên tục về hiệu suất suy giảm do bức xạ (RIA)—yếu tố chính hạn chế sự truyền ánh sáng trong các sợi bị chiếu xạ. Những phát triển này kéo dài tuổi thọ của sợi trong các ứng dụng cường độ bức xạ cao đồng thời tăng cường độ tin cậy của dữ liệu.
