光学开关：NIF七大奇迹之一

在劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）中，有一个至关重要的组件——光学开关，它是激光链中的关键部分，确保了NIF能够实现其科学研究和实验目标。这个被称为等离子电极普克尔斯盒（Plasma Electrode Pockels Cell, PEPC）的光学开关，不仅是NIF七大奇迹之一，也是LLNL自主研发的一项创新技术。

一个光开关在NIF光学装配大楼的洁净室条件下进行测试

一、等离子电极普克尔斯盒的工作原理

PEPC由钾二氢磷酸盐（KDP）晶体组成，这种晶体被夹在两片熔融石英窗口之间，形成了四个40×40厘米的光圈。与传统的普克尔斯盒不同，PEPC采用了等离子作为电极材料。传统设计是通过金属电极将电压施加到KDP晶体上，而PEPC则是创造两个等离子体单元用作电极，并让晶体位于这两个电极单元之间。激光束通过电极和晶体，由于等离子体具有导电性且对NIF激光束透明，这种配置允许大光束均匀切换，同时使用更薄的晶体。

二、创新的重要性

PEPC的独特之处在于它使每一条NIF的192条光束线能够来回四次通过主放大器，从而在每次通过时逐步增加能量。如果没有这种多通道配置，NIF的光束线将会远长于现在所需长度。这一特性对于减少设备体积、提高效率至关重要。

三、测试环境与应用

光学开关在NIF的光学装配大楼内经过严格的清洁室条件测试。Scott Fochs和Mark Rhodes正在检查一个PEPC线路可替换单元，展示了科学家们如何确保这些精密仪器能够在实际操作中稳定可靠地工作。

四、结语

等离子电极普克尔斯盒代表了光学技术和工程设计的重大进步。它不仅解决了大型激光系统中的一些基本挑战，还为未来的高功率激光研究开辟了新的可能性。这项发明和发展证明了LLNL在光学科学领域的领导地位以及持续创新的能力。随着NIF继续探索能源安全、基础物理等多个前沿领域，像PEPC这样的技术将持续发挥重要作用。通过不断的研究和技术改进，NIF及其团队正致力于解决一些最紧迫的科学问题，推动人类知识边界向前迈进。