별에 동력을 공급하는 동일한 에너지를 활용하여 사실상 무한하고 깨끗한 전력원을 제공할 수 있는 세상을 상상해 보십시오. 이는 에너지 환경을 혁신할 수 있는 잠재력을 가진 공정인 원자력 융합의 약속입니다. 자기 격리와 관성 격리는 융합을 달성할 수 있는 두 가지 유망한 기술이며 지속 가능한 청정 에너지 생성의 현실입니다.
레이저로 구동되는 관성 격리는 긍정적 이득의 랜드마크 결과를 달성하기 위해 NIF(National Ignition Facility)에서 사용했습니다. 이를 통해 개발 노력과 상용화 일정을 가속화했습니다. 실행 가능한 발전소로 가는 길에는 과학적 및 엔지니어링 과제가 있을 뿐만 아니라 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 장치 및 제품을 제공할 수 있는 공급망 파트너를 확보해야 합니다. 레이저 융합에 필요한 매우 높은 펄스 에너지는 포토닉 제품이 주류 레이저 응용 분야 이상으로 작동해야 합니다. 이것이 공급망의 주요 문제입니다.
수십 년 동안 모든 모양과 크기의 레이저 및 전달 광학 장치를 공급해온 Coherent는 관성 융합 에너지 개발을 지원할 수 있는 고유한 위치에 있습니다. 광 파이버 및 비선형 결정부터 다이오드 레이저에 이르기까지, 당사의 포괄적인 제품 및 솔루션 제품군은 융합 연구의 발전을 주도하는 데 도움을 주고 있습니다.
레이저 융합 기술을 발전시키는 데 있어 포토닉스 기술이 하는 중요한 역할을 살펴보겠습니다.
Fusion용 Coherent 구성 요소
Coherent는 레이저 및 빔라인 생성의 까다로운 요구 사항을 충족하도록 맞춤화된 다양한 포토닉 구성 요소를 융합 커뮤니티에 공급해 왔습니다.
다이오드 레이저: 고출력 레이저 다이오드 구성 요소는 특히 융합 반응 개시의 핵심인 다이오드 펌핑 고체 레이저(DPSSL)를 구동하는 데 있어 융합 응용 분야에서 중요한 임무입니다. 벽 플러그 효율성은 시스템의 전반적인 에너지 효율성에 직접적인 영향을 미치므로 에너지 집약적 융합 공정의 손실과 운영 비용을 최소화하면서 최대 에너지를 전달할 수 있습니다.
고출력 레이저 다이오드는 대량 생산이 가능하지만 파장은 DPSSL 매체의 흡수 파장과 정확하게 일치할 수 있어 최적의 에너지 전달을 보장합니다. 융합에 필요한 극한 조건을 달성하려면 고강도 펄스가 필요하므로 피크 출력도 필수적입니다.
고출력 레이저 다이오드의 크기가 작아 고밀도 패킹이 가능하므로 고출력 응용 분야에 필요한 레이저 다이오드 어레이를 확장할 수 있습니다. 수명이 긴 이러한 다이오드는 상용 융합 리액터가 실행 가능한 데 필요한 장기간의 안정적인 작동에 핵심적인 역할을 하는 것으로 입증되었습니다. 수명이 긴 다이오드는 유지보수 및 교체 비용을 줄여 전체 시스템의 신뢰성과 경제적 실행 가능성을 향상시킵니다.
각각 8바의 100 스택의 빔을 78mm x 78mm의 2차 단면을 가진 균질화 빔으로 결합한 턴키 350kW QCW 다이오드 펌프 모듈.
대형 광학: 광학적 손상을 완화하는 데 사용되는 큰 빔 직경은 광학 애퍼처를 크게 증가시키며, 일부 광학 장치는 직경이 최대 1m(39”)입니다. 투과 광학 장치에 초점을 맞추려면 고정정밀도 대형 광학 장치가 필요합니다. 이 광학 장치는 융합 시설의 일반적인 높은 강도와 열악한 환경을 견뎌야 합니다.
당사는 NIF에 “최종 광학 어셈블리”에 사용되는 쐐기형 초점 렌즈(WFL)를 제공합니다. 각 WFL은 고품질 용융 실리카로 만든 크기 400x400mm, 초점 거리 7.7m인 축외 비구면 렌즈입니다. Coherent Tinsley는 컴퓨터 제어 연마 및 측정 도구 제품군을 사용하여 이러한 구성 요소에 대한 탁월한 수준의 정밀 NIF 요구 사항을 달성합니다. 당사는 대량으로 이러한 대형 천공, 정밀도 비구면 광학 장치를 일관되게 생산할 수 있는 몇 안 되는 전 세계 제조업체 중 하나입니다.
테스트 중인 국가 발화 시설에서 사용되는 대형 조리개 400 x 400mm 웨지 렌즈.
광섬유: Coherent는 최적의 성능을 위해 설계된 광범위한 특수 파이버를 제공하여 가장 낮은 광차광, 가장 높은 흡수율 및 넓은 모드 필드 영역을 제공합니다. 이 파이버는 단일 주파수, 초고속 및 고출력 레이저를 확장하는 데 이상적입니다. XLMA 파이버와 자주 페어링되며 고에너지 융합 연구에서 시드 주입 레이저로서 중요한 역할을 합니다.
크리스탈: 이득 결정과 비선형 주파수 변환 결정 모두 페타와트 등급 레이저 시스템 증폭기 전체에서 광범위하게 사용됩니다. 대부분의 융합 레이저의 마지막 단계는 두 개의 결정을 사용하여 두 단계로 달성되는 레이저의 주파수 3배가 필요합니다. 변환 효율은 출력 밀도에 따라 향상되지만, 이는 손상 임계값과 균형을 이룹니다. 대형 조리개 결정을 생산하는 데는 상당한 어려움이 있지만 수십 년 동안 상업적 성공을 거두어 지속적으로 사이징 엔벨로프를 밀어낼 수 있습니다.
레이저 진단: 융합 연구를 위한 레이저 측정에는 시드 레이저와 고출력 레이저의 정밀한 모니터링과 제어가 포함됩니다. Coherent는 이러한 요구에 맞는 광범위한 레이저 측정 제품을 제공합니다. 제품 라인에는 빔 진단 카메라, 서모파일, 열전 센서 및 에너지 및 전력 측정을 위한 정확한 분석 및 데이터 로깅을 지원하는 LabMax Touch와 같은 독립형 미터가 포함됩니다. 일반 센서에는 최대 1kHz의 Ti:sapphire 시스템용 MaxBlack 세라믹 코팅 센서와 더 빠른 10kHz 속도를 위한 확산 금속 센서, Nd:YAG 레이저용 스펙트럼 보정 광학 확산기가 포함됩니다. 고출력 레이저의 경우 PM10K+를 사용하면 최대 12kW의 전력을 측정할 수 있습니다. 이러한 도구는 융합 시스템의 포괄적인 레이저 모니터링에 필요한 정확도와 신뢰성을 제공합니다.
데이터 및 펄스 분석 계측장비를 갖춘 고출력 및 에너지 NIST 추적 가능 미터.
절연체: 당사의 고성능 광학 회전자 및 절연기는 융합 연구의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 설계되어 과학자들이 핵 융합에 필요한 극한 조건을 달성할 수 있습니다. EOC는 가장 까다로운 응용 분야를 위해 PAVOS Ultra 제품 라인을 개발했습니다. KTF(Potassium Terbium Fluoride) 기반 절연체는 세대에 걸친 성능 향상을 제공합니다. PAVOS Ultra의 열 렌즈 초점 이동은 크게 감소하고 약간 네거티브입니다. 즉, KTF는 더 높은 평균 출력 레이저에 적합하고 TGG(Terbium Gallium Garnet)는 더 높은 에너지에 더 적합합니다. KTF를 고성능 편광판 및 열 관리 기술과 결합하면 시장에 적합한 제품을 만들 수 있습니다. 당사는 최첨단 레이저 부품을 제공함으로써 융합 기술을 발전시키기 위해 최선을 다하고 있습니다.
표준 및 맞춤형 절연체는 열 렌즈화를 크게 줄이면서 빔 품질을 유지하는 대형 조리개, 고출력 처리 기능을 제공합니다.
레이저 증폭기: Astrella 펨토초 초고속 CPA 증폭기는 최고의 신뢰성, 가동 시간 및 업계 최고의 성능을 위해 설계되고 생산된 최신 세대 원박스 kHz 레이저 시스템입니다. 이러한 시스템 중 다수는 fs 재료 가공과 같은 다양한 과학 응용 분야 및 산업 공정을 구현합니다.
저-중 수준의 고강도 레이저 시설에 신뢰할 수 있는 프론트 엔드로 사용할 수 있지만, 일반적으로 시간 분해 및 다차원 코히어런트 분광학, THz 분광학, 초고속 전자 회절, 초고조파 및 고고조파 생성 실험 및 EUV/연성 X선 분광학을 위해 <35fs 또는 <100fs 펄스를 제공합니다. 최대 9mJ/펄스로 광범위한 과학 응용 분야에 최고의 선택입니다. 밀폐형 운반차 압축기, 핸즈프리 발진기 및 열 안정화 하위 시스템과 같은 고유한 설계 기능은 산업용 레이저 시스템에서 예상되는 신뢰성을 제공하는 HALT/HASS 프로토콜에 의해 최적화되었습니다. 파장 범위를 UV에서 중간 IR로 확장하기 위해 광 매개변수 증폭기 펌핑하는 데 이상적인 소스입니다.
요약
고도로 전문화된 핵융합 연구 분야에서 당사는 빔 전달 및 초점 조정을 위한 많은 주요 구성 요소를 제공합니다. 모든 제품 카테고리는 다른 제조업체와 비교할 수 없는 성능을 제공합니다. 좁은 라인폭의 고출력 QCW 다이오드 스택, 고정정밀도 대역 광학 장치 및 결정, 최첨단 이득 파이버에 절연체를 유지하는 동급 최고의 모드.
당사는 NIF(National Ignition Facility) 및 ITER를 포함한 주요 융합 연구 시설과 성공적인 협력의 역사를 가지고 있습니다. 이러한 파트너십은 중요한 프로젝트의 엄격한 요구 사항을 충족하고 분야에서 중요한 발전에 기여할 수 있는 능력을 강조합니다.
레이저 융합 연구를 위한 Coherent 포토닉스 제품에 대해 자세히 알아보십시오.
