星の力と同じエネルギーを利用し、事実上無限でクリーンな電源を提供できる世界を想像してみてください。これは、原子力融合の約束であり、私たちのエネルギーランドスケープに革命を起こす可能性があるプロセスです。磁気閉じ込めと慣性閉じ込めは、融合を達成できる2つの有望な技術であり、持続可能なクリーンエネルギー生成の現実です。
レーザ駆動慣性閉じ込めは、肯定的な利得の画期的な結果を達成するために、国立点火施設（NIF）によって使用されました。 これにより、開発努力と商品化のタイムラインが加速しました。 実行可能な発電所への道のりには、科学的および工学的な課題があり、コスト効率が高く信頼性の高いデバイスと製品を提供できるサプライチェーンパートナーを確保しています。 レーザ融合に必要な非常に高いパルスエネルギーは、主流レーザ用途をはるかに超える性能と動作を実現するフォトニック製品を必要とします。 これはサプライチェーンの主な問題です。
Coherentは、数十年にわたってレーザレーザとデリバリー光学系のすべての形状とサイズを供給しており、慣性融合エネルギーの開発をサポートする独自の位置にあります。光ファイバーや非線形結晶から半導体レーザまで、当社の包括的な製品群とソリューションは、融合研究の進歩を促進しています。
レーザ融合技術の進歩においてフォトニクス技術が果たす重要な役割について見ていきましょう。
融合用Coherentコンポーネント
Coherentは、レーザとビームラインの生成の厳しい要件を満たすようにカスタマイズされたさまざまなフォトニックコンポーネントを融合コミュニティに提供してきました。
半導体レーザ：高出力レーザ半導体レーザコンポーネントは、融合用途、特に、融合反応を開始する上で中心となる半導体励起固体レーザ（DPSSL）の駆動においてミッションクリティカルです。ウォールプラグの効率は、システムの全体的なエネルギー効率に直接影響し、エネルギー集約型の融合プロセスの損失と運用コストを最小限に抑えて最大エネルギーを確実に供給します。
高出力レーザダイオードは大量生産が可能で、その波長をDPSSL媒体の吸収波長と正確に一致させることができ、最適なエネルギー伝達を実現します。融合に必要な極端な条件を達成するためには高強度パルスが必要であるため、ピーク出力も不可欠です。
小型の高出力レーザダイオードにより、高密度パッキングが可能になり、高出力用途に必要なレーザ半導体レーザアレイのスケーリングが可能になります。このようなダイオードの寿命や動作寿命は、商業用融合リアクターの稼働に必要な長期にわたる信頼性の高い動作の鍵となることが実証されています。長寿命のダイオードは、メンテナンスや交換のコストを削減し、システム全体の信頼性と経済的実現可能性を高めます。
ターンキー350kW QCW半導体レーザポンプモジュールは、各8バールの100スタックからのビームを、78 mm x 78 mmの二次断面を持つ均質化されたビームに結合します。
大型オプティクス：光学的損傷を軽減するために使用される大きなビーム直径は、最大直径1 m（39インチ）の光学系開口部を大幅に増加させます。 透過型光学系に焦点を当てるには、融合設備に典型的な高強度と過酷な環境に耐える必要がある、非常に精密で大型の光学系が必要です。
NIFは、「最終光学部品アセンブリ」で使用されるウェッジ焦点レンズ（WFL）を提供しています。WFLはそれぞれ、400 mm×400 mmサイズ、焦点距離7.7 mの高品質な溶融シリカ製の軸外非球面レンズとなっています。Coherentは、NIFがこれらの部品に要求する驚異的なレベルの精度を達成するために、一連のコンピュータ制御の研磨装置と測定装置を採用しています。当社は、このような大口径、精密、非球面光学系を大量に一貫して製造できる、世界中のほんの一握りのメーカーの1つです。
試験中のNational Ignition Facilityで使用されている大口径400 x 400 mmウェッジレンズ。
光ファイバー：Coherentは、最適なパフォーマンスのために設計された幅広い特殊ファイバーを提供し、最も低い光暗化、最高の吸収率、広いモードフィールドエリアを提供します。これらのファイバーは、単一周波数、超高速、高出力レーザのスケーリングに最適です。当社のXLMAファイバーと頻繁に組み合わせられるこれらのファイバーは、高エネルギー融合研究においてシードインジェクションレーザとして重要な役割を果たしています。
結晶：利得結晶と非線形周波数変換結晶の両方が、ペタワットクラスのレーザシステムの増幅器全体で広く使用されています。ほとんどの融合レーザの最終段階では、2つの結晶を使用して2段階で達成されるレーザの周波数3倍が必要です。 変換の効率は出力密度とともに向上しますが、これは損傷しきい値とバランスが取れています。大きな開口結晶を製造するには大きな課題がありますが、数十年にわたる商業的成功に頼って、サイジングエンベロープを継続的に押し上げることができます。
レーザ診断：融合研究用のレーザ測定には、シードレーザと高出力レーザの両方の正確な監視と制御が含まれます。Coherentは、これらの要求に合わせた幅広いレーザ測定製品を提供しています。製品ラインには、ビーム診断カメラ、サーモパイル、熱電センサー、LabMax Touchのようなスタンドアロンメーターが含まれ、エネルギーと電力の測定のための正確な分析とデータロギングを可能にします。一般的なセンサーには、Ti:サファイアシステム用のMaxBlackセラミックコーティングされたセンサー、最大1 kHzの高速な10 kHzの拡散金属センサー、Nd:YAGレーザ用のスペクトル校正された光拡散器などがあります。高出力レーザの場合、PM10K+は最大12 kWの出力測定を可能にします。これらのツールは、融合システムの包括的なレーザ監視に必要な精度と信頼性を提供します。
高出力および高エネルギーNISTトレーサブルメーター、データおよびパルス分析装置付き。
アイソレーター： 当社の高性能光学回転子およびアイソレーターは、核融合研究の厳しい要求を満たすように設計されており、科学者は核融合に必要な極端な条件を達成することができます。 最も要求の厳しい用途向けに、EOCはPAVOS Ultra製品ラインを開発しました。これらのフッ化テルビウムカリウム（KTF）ベースのアイソレーターは、性能の世代的な向上をもたらします。PAVOS Ultraの熱レンズの焦点シフトは大幅に減少し、わずかに負です。 つまり、KTFはより高い平均出力レーザに適しており、TGG（Terbium Gallium Garnet）はより高いエネルギーに適しています。 KTFを高性能偏光子や熱管理技術と組み合わせることで、市場に即した製品を作ることができます。 当社は、最先端のレーザコンポーネントを提供することで、融合技術の進歩に取り組んでいます。
標準アイソレーターとカスタムアイソレーターは、大きな開口と高出力ハンドリングを提供し、ビーム品質を維持し、熱レンズを大幅に削減します。
レーザ増幅器：Astrellaフェムト秒超高速CPA増幅器は、最大の信頼性、アップタイム、業界をリードする性能を実現するために設計・製造された最新世代のワンボックスkHzレーザシステムです。これらのシステムの多くは、fs材料加工などのさまざまな科学用途や産業プロセスで実装されています。
これは、低～中レベルの高強度レーザ施設の信頼できるフロントエンドとして使用できますが、より一般的には、時間分解および多次元コヒーレント分光、THz分光、超高速電子回折、アト秒および高高調波発生実験、EUV/ソフトX線分光に<35 fsまたは<100 fsパルスを提供します。 最大9 mJ/パルスで、幅広い科学用途に最適な選択肢です。密閉型ストレッチャーコンプレッサー、ハンズフリー発振器、熱安定化サブシステムなどのユニークな設計機能は、産業用レーザシステムで期待される信頼性を提供するHALT/HASSプロトコルによって最適化されています。光パラメトリック増幅器を励起し、波長範囲をUVから中赤外に拡張するのに理想的な光源です。
概要
核融合研究の高度に専門的な分野では、ビーム伝送と集束のための主要な構成要素の多くを提供しています。 すべての製品カテゴリは、他のメーカーでは比較できない性能を提供します。狭い線幅の高出力QCW半導体レーザスタック、精密の広域光学系と結晶、最先端の利得ファイバーへのアイソレーターを維持するクラス最高のモード。
当社は、National Ignition Facility（NIF）やITERなど、主要な融合研究施設とのコラボレーションに成功した実績があります。これらのパートナーシップは、注目を集めるプロジェクトの厳しい要件を満たす当社の能力を強調し、この分野における大きな進歩に貢献します。
レーザ融合研究用のCoherentフォトニクス製品の詳細をご覧ください。
