Componentes fotônicos para fusão a laser
A fusão por confinamento inercial depende de sistemas laser de altíssima potência e precisão. Para isso, são necessários componentes ópticos e fotônicos capazes de operar sob condições extremas.
1. Diodos Laser
Os diodos laser de alta potência são fundamentais para o acionamento dos Lasers de Estado Sólido Bombeados por Diodo (DPSSLs).
Principais aspectos técnicos:
- Alta eficiência elétrica-óptica (wall plug efficiency), impactando diretamente o rendimento global do sistema.
- Comprimento de onda ajustável para máxima absorção no meio ativo do DPSSL.
- Alta potência de pico, necessária para gerar pulsos intensos capazes de iniciar a reação de fusão.
- Arquitetura compacta que permite empacotamento denso e escalabilidade.
- Longa vida útil operacional, reduzindo manutenção e custos.
Exemplo: módulo turnkey QCW de 350 kW combinando 100 stacks com 8 barras cada, resultando em feixe homogenizado de 78 mm × 78 mm.
2. Ópticas de Grande Porte
Para evitar danos ópticos, utilizam-se feixes de grande diâmetro, exigindo ópticas com aberturas que podem chegar a 1 metro.
A Coherent fornece ao NIF as wedged focus lenses (WFLs):
- Dimensões: 400 mm × 400 mm
- Distância focal: 7,7 m
- Lentes asféricas fora do eixo
- Fabricadas em sílica fundida de alta pureza
A produção consistente de ópticas asféricas de grande abertura e alta precisão é uma capacidade disponível em poucos fabricantes no mundo.
3. Fibras Ópticas Especiais
Projetadas para:
- Baixíssimo nível de photodarkening (o material óptico do laser praticamente não escurece nem perde eficiência ao longo do tempo)
- Alta taxa de absorção
- Grandes áreas de campo modal
São ideais para escalar lasers de frequência única, ultrarrápidos e de alta potência, frequentemente atuando como lasers de injeção (seed injection) em sistemas de fusão de alta energia.
4. Cristais de Ganho e Cristais Não Lineares
Essenciais em amplificadores de classe petawatt.
Na etapa final dos lasers de fusão, ocorre a triplicação de frequência, realizada em duas fases com dois cristais distintos.
Desafios técnicos:
- Alta densidade de potência aumenta eficiência de conversão.
- Limites de dano óptico precisam ser rigorosamente respeitados.
- Produção de cristais de grande abertura exige controle avançado de crescimento e processamento.
5. Diagnóstico a Laser
A pesquisa em fusão exige monitoramento extremamente preciso de energia e potência.
Portfólio inclui:
- Câmeras de diagnóstico de feixe
- Termopilhas
- Sensores piroelétricos
- Medidores como LabMax Touch
Sensores especializados:
- MaxBlack (revestimento cerâmico, até 1 kHz)
- Sensores metálicos difusos (até 10 kHz)
- Difusores calibrados para Nd:YAG
- PM10K+ (até 12 kW)
Todos rastreáveis ao NIST, garantindo precisão metrológica.
6. Isoladores Ópticos
Rotadores e isoladores de alto desempenho protegem o sistema contra retro-reflexões e instabilidades.
Destaque para:
- Linha PAVOS Ultra
- Baseados em Fluoreto de Térbio e Potássio (KTF)
- Melhor estabilidade térmica
- Redução significativa de lente térmica
KTF é ideal para alta potência média, enquanto TGG é mais indicado para sistemas de maior energia.
7. Astrella – Laser Femtosegundo Ultrarrápido
Amplificador ultrarrápido com:
- Pulsos <35 fs ou <100 fs
- Até 9 mJ por pulso
- Operação em kHz
- Arquitetura one-box selada
- Protocolos HALT/HASS para confiabilidade industrial
Aplicações:
- Espectroscopia ultrarrápida
- Geração de harmônicos altos
- Física de attossegundo
- Bombeamento de amplificadores paramétricos ópticos
Conclusão Técnica
No campo altamente especializado da fusão nuclear, a Coherent fornece blocos fundamentais para:
- Geração
- Amplificação
- Entrega
- Focalização
- Monitoramento de feixes laser de altíssima potência
Com histórico de colaboração com instituições como NIF e ITER, a empresa demonstra capacidade de atender aos requisitos mais rigorosos da pesquisa e da futura comercialização da fusão a laser.
