据悉，Lawrence Livermore国家实验室数十年来在高能激光器开发方面的领导地位，正被利用为SLAC国家加速器实验室线性相干光源(LCLS)的重大升级提供关键组件。

研究人员在SLAC的LCLS远实验大厅的“MEC舱”工作。MEC光学激光系统在材料中创造极端的温度和压力，LCLS x射线激光束捕捉材料的响应。来源：Matt Beardsley/SLAC.

在接下来的几年里，LLNL的高级光子技术(APT)项目将设计和建造世界上最强大的千万亿瓦激光系统之一，安装在LCLS升级的极端条件物质(MEC)实验设施中。由能源部科学核聚变能源科学项目办公室资助。

这种新型激光器将与LCLS x射线自由电子激光器(XFEL)结合，以促进对高能密度(HED)物理、等离子体物理、聚变能、激光-等离子体相互作用、天体物理学、行星科学和其他物理现象的理解。

现有的MEC设备使用光学激光与LCLS的x射线激光脉冲耦合，以探测极端温度和压力下物质的特性。MEC实验已经产生了突破性的科学成果，比如首次观测到在天王星和海王星这样巨大的冰冻行星深处存在的“钻石雨”。

“Livermore和Rochester正在设计的新型高功率激光器在他们自己的领域是世界领先的。”mecu项目主管Alan Fry说，“将它们与LCLS结合将极大地提高它们的科学用途，这种结合将是一种前所未有的能力。”

LCLS XFEL末端的新mecu洞窟的概念设计。该设备将包括LLE的千焦耳(kJ)激光、LLNL的10赫兹额定petawatt/长脉冲激光系统、一个主目标室和一个主目标室下游的多用途二次交互场所。来源：Gilliss Dyer/SLAC.

“有了我们正在建造的10赫兹petawatt激光器，以及LLE的长脉冲压缩激光器和升级的LCLS能力，LCLS和它的mecu设备将成为高重复率、激光驱动的HED实验的美国旗舰。”负责高能密度光子系统的NIF &光子科学项目主任Vincent Tang说。

Tang补充说:“将最新和最好的超快激光技术与MEC-U设施的LCLS光束线相结合，将为美国发现科学和国家安全研究提供一种全新的高通量HED能力。我们将能够在极端压力和温度下快速提高我们对等离子体和材料的理解，同时提高我们以重复频率和规模操作HED技术和系统的能力，这与未来的重要应用(如惯性聚变能)有关。”

美国国家核安全局(NNSA)表示有兴趣与科学办公室合作，以增加额外的高能长脉冲激光能力，以进一步支持NNSA基于科学的库存管理计划。目标之一是提高科学家预测下一代材料在极端环境下的性能的能力;惯性约束聚变的微物理研究并使研究比以前更大体积的高原子数材料成为可能。

L3-HAPLS激光系统，安装在位于捷克共和国Dolní Břežany的ELI光束研究中心。来源：Lawrence Livermore National Laboratory

HAPLS增压

LLNL研究实验室的项目经理兼首席科学家TomSpinka表示，这将是一种简化版的高重复率先进千兆瓦激光系统(HAPLS)，该系统由APT计划在2014年至2018年期间设计和开发。HAPLS，世界上第一个全二极管泵浦的petaw激光器，现在是欧盟在捷克共和国的极端轻型基础设施光束线设施的关键组成部分(见“先进激光承诺令人兴奋的应用”)。

Spinka说:“RRL将在HAPLS开创性工作的基础上建立。它将把NIF闪光灯泵浦掺钕玻璃Advanced Radiographic Capability中使用的直接啁啾脉冲放大技术与LLNL实验室直接研发项目开发的HAPLS二极管泵浦玻璃泵激光技术结合在一起。

“这种架构最初被称为可扩展高功率高级射线成像能力(SHARC)，消除了HAPLS激光系统的损耗第二阶段(掺钛蓝宝石)，在相同的峰值功率和重复频率下，最终提供的能量大约是HAPLS的5倍。”

LLNL的MEC-U设备的RRL将与eli - beam的HAPLS(现在称为L3-HAPLS)激光器的性能提升到其完整的设计规格并行开发。它还将利用APT正在开发的其他先进激光技术，包括一种新的高能法拉第旋转器，该旋转器是根据与Electro-Optics technologies Inc.的合作研发协议开发的。

将安装在MEC-U工厂的LLNL拍瓦激光器的设计效图。来源：Lawrence Livermore National Laboratory

启用新物理学

“MEC-U是NIF&PS开发下一代高平均功率超快激光器和实现高重复率HED科学战略的核心部分.”Tang说,“MEC-U能够实现的新物理范围广泛，高度适用于LLNL任务。对LLNL和社区来说，这是一个令人兴奋的机会。”

“不仅是我们处理一些世界领先的激光实验室。” Fry说,“但我们也与世界实验科学的专家合作,高能量密度的科学,和美国能源部科学办公室用户的操作设备,来自世界各地的科学家可以来做实验。”

LaserNetUS是一个研究网络，它正在促进全国各地的实验室和大学使用高强度激光设备。

MEC-U于去年秋天获得美国能源部科学办公室的批准，从概念设计阶段进入初步设计，预计将在大约两年内开始施工。

APT RRL团队由Tang担任高级团队负责人;Spinka担任项目经理和首席科学家;RobertPlummer担任项目工程师;Brendan Reagan为激光建筑师。

来源：LawrenceLivermore National Laboratory