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1、2004年增刊国外核武器研究第47页NIF光学材料和制造技术：概述*J.H.Campbell,R.A.Hawley-Fedder,C.J.Stolz,J.A.Menapace,M.R.Borden,P.K.Whitman,J.Yu,M.Runkel,M.O.Riley,M.D.FeitandR.P.Hackel摘要：NIF激光系统的高能/高功率部分包括7,360个米级的光学元件。几个主要的供应商已经开发了制造NIF光学元件所需的先进光学材料和制造技术并投入生产。与NIF之前的情况相比，现在生产速度快了20倍，而每件光学元件的成本降低了5倍。此外，为NIF制造的光学元件的指标比要求的更高
2、，因此能够得到比设计更好的激光性能。供应商们已经设计、制造和安装了一套自定义计量工具，用以检验是否与NIF光学指标相匹配。本文简要描述了NIF玻璃和晶体光学元件的光学波前指标。波前指标在空间尺度上跨越了10µm到0.5m的范围(全口径)。我们不断地利用多年的研究经验来延长大体积光学材料、抛光光学表面和多层介质膜寿命(如抗损伤)。一种加工好的光学元件的新的后处理方法已经被研究出来并投入使用，以改善抗损伤能力。其中包括膜层、玻璃表面和大体积KDP和DKDP的激光调制，以及光栅和全口径缺陷映射系统。在损伤机理上的研究将有助于开发出更好的光学材料。关键词：NIF光学材料制造技术1简介NIF包括
3、7,360个大口径光学元件(约0.5～1.0米)，这不但使它成为目前最大的激光器，而且也是最大的光学系统。表1总结了NIF192束光路上安装的光学元件的数量和种类。从1995年就开始加工NIF光学元件所需的大量光学材料并进行了工艺的开发工作。在此之前，还用了几年时间进行装置的设计和制造以及启动工作。为了实现这个目标，LLNL与许多世界上知名的光学材料和光学元件加工公司协同攻关。截止到2004年1月，NIF工程已经进入第十个年头。有超过40%的大口径光学元件已经加工好并放在仓库等待安装。其实余下60%中的许多元件正在根据NIF工程完工的时间表来加工。表1NIF中使用的大口径(约0.5～1
4、.0米)光学元件的数目和种类光学元件所需的数量主要材料放大器板3,072磷酸盐玻璃镜子和极化器1,600镀有HfO2/SiO2的BK-7窗口和透镜1,728SiO2晶体576DKDP和KDP光栅192SiO2碎片屏蔽192SiO2总计:7,360第48页NIF光学材料和制造技术：概述2004年增刊2NIF光学元件的总体布局图1是NIF192束相同束线中其中一个束线的草图。每个束线都包括一系列采用闪光灯泵浦的、1,053nm钕玻璃放大器。这些放大器分布在主激光器的两部件中：功率放大器和多路或主放大器，这两部件的每条束线分别包含5个和11个钕玻璃激光板，这样，192条束线总共有3,072个
5、这样的板，每个板重约42千克，尺寸为46cm×81cm×4cm。为了使菲涅耳表面反射损失最小，并增强周围的闪光灯的泵浦效率，这些板都以布鲁斯特角安装。一个等离子体电极普克尔盒(PEPC)与一个大口径(1米)极化器一起使用以控制通过放大器的次数。在NIF的主激光腔中，激光要四次通过11个板长的放大器，即两个来回。每个PEPC孔径包含一个一厘米厚的连二磷酸二氢二钾(KDP)镜片，与晶体的Z轴垂直。晶体板安装在两个熔融石英窗口间的真空盒中。辉光放电等离子体在晶体两面的真空室被点火。等离子体的电子密度足够低，不至于吸收、反射或散射经过盒子的激光，但它又具有足够的导电性，足以为对应的晶体表面充电
6、以使其在100纳秒内达到开关电压(~15kV)。两个大的共焦空间滤波器(标称长度为25和60米)使用小孔作为去除高频噪声和图像[1,5]的低通滤波器，再将传播的光束转送到靶室。空间滤波器两端都用了等凸透镜，这些透镜的一面经过稍微的非球面校正。这些透镜由融熔硅制成，后焦距分别为11.6和29.7米，测量精度为万分之一。图1NIF一束激光光路的草图2004年增刊国外核武器研究第49页在整个NIF系统中，用沉积在BK-7基底上的多层高反射介质膜作为反射镜。镀层为HfO2/SiO2，通过电子束蒸发的方法镀在基底上。这些镜子安装在NIF的两个主要的地方。第一个地方是多路腔，它由两个镜子组成腔的末
7、端，第三个镜子和极化器组成观测镜(图1)。位于该腔放大器末端的镜子是一个可变形镜，它由安装在基底背面的39个精密激励器组成。这些激励器可以调整可变形镜的表面构形(如镀层)，从而校正系统的光学象差。第二个腔端镜具有同样的多层膜设计，只是膜被沉积在静态基底上。观测镜上的镜子与光学开关(PEPC和极化器)一起使用，将光束导入或导出多路腔。镜子安装的第二个主要地方是两个大的开关室(图1)。这些镜子将从主激光器输出的192束二维平面光波转变为三维球状结构
