Cyclops era un láser de alta potencia construido en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en 1975. Fue el segundo láser construido en el programa Láser del laboratorio , cuyo objetivo era estudiar la fusión por confinamiento inercial (ICF). [1]
El Cyclops era un láser de vidrio de neodimio (Nd:vidrio) de haz único . El láser Janus , una versión de dos haces, también se completó en 1975. Los principales objetivos científicos de su construcción fueron el estudio de los efectos de enfoque no lineal en rayos láser de alta potencia, nuevas técnicas de amplificación (discos de Nd:vidrio en el ángulo de Brewster ), técnicas de filtrado espacial que se utilizarían en láseres posteriores de mayor potencia, como los láseres Argus y Shiva , y para la investigación de la fusión por confinamiento inercial (ICF).
Incluso los primeros experimentos con láser ICF demostraron que uno de los principales problemas que debían abordarse era el mal enfoque de los haces y el daño causado a la óptica debido a las intensidades extremas del haz causadas por el efecto óptico Kerr , donde, debido a que el haz es tan intenso , que durante su paso a través del aire o del vidrio, el campo eléctrico de la luz realmente altera el índice de refracción del material y hace que el haz en los puntos más intensos se "autoenfoque" hasta estructuras similares a filamentos de intensidad extremadamente alta. Cuando un rayo colapsa en filamentos de intensidad extremadamente alta como este, puede exceder fácilmente el umbral de daño del láser del vidrio láser y otras ópticas, dañándolos gravemente al crear hoyos, grietas y huellas grises a través del vidrio.
Este novedoso problema sólo se hizo obvio cuando se aumentó la potencia de los láseres hasta donde ocurren fenómenos no lineales con haces de luz muy intensos. Krupke de LLNL declaró:
Si la intensidad de la luz aumenta lo suficiente (como en los láseres de fusión), el campo eléctrico de la luz perturba los átomos del vidrio con tanta fuerza que el vidrio responde de forma no lineal.
En ese momento no existía una comprensión teórica sólida de estos efectos y predecirlos era difícil. Sin embargo, los investigadores de LLNL combinaron sus propios esfuerzos con los de los proveedores comerciales de vidrio y pudieron desarrollar una nueva herramienta predictiva que explicaba la relación entre la intensidad del efecto no lineal en todos los tipos de vidrio. Como señaló Krupke:
Era como la piedra Rosetta . Con esta correspondencia cuantitativa, pudieron trazar el rendimiento refractivo no lineal de millones de gafas y encontrar aquella con el valor más bajo posible. Luego trabajamos con nuestros socios industriales para hacer una composición con las características que necesitábamos.
Aunque el uso del vidrio adecuado pudo reducir el problema tanto como fue posible, el problema aún persistía. Para experimentos más pequeños, esto no sería un efecto suficiente del que preocuparse, pero con el Shiva, mucho más grande y poderoso, ya bajo diseño, era necesario estudiar alguna forma de mejorar aún más la suavidad del haz del láser.
La forma más sencilla de eliminar estos efectos fue filtrarlos físicamente utilizando lo que esencialmente equivale a una técnica de transformada de Fourier aplicada al perfil de intensidad espacial del haz. Los filtros espaciales de imágenes son, en efecto, pequeños telescopios invertidos insertados en el rayo láser para enfocar la luz a través de un orificio. Sin embargo , muchos modos de anisotropía espacial darían como resultado un ángulo de difracción muy bajo fuera de la línea central, por lo que para mejorar el rendimiento del suavizado, el tubo del filtro espacial es extremadamente largo, maximizando así la distancia que los filamentos se movieron desde la línea central. Un láser de este tipo no se había construido hasta ahora; el anterior láser Janus, que exploró el propio láser de Nd:glass, tenía sólo unos pocos metros de largo.
Fueron precisamente los problemas de construir un láser largo lo que se construyó Cyclops para estudiar. Cyclops era efectivamente un haz único del diseño más grande de Shiva, uno que podía completarse lo más rápido posible para identificar problemas potenciales y encontrar la mejor disposición para los filtros. En este objetivo, Cyclops tuvo éxito, y todos los esfuerzos importantes de ICF desde entonces han utilizado la técnica de filtrado espacial, lo que ha llevado a "líneas de rayos" láser en constante crecimiento, del orden de 100 m en la actualidad.
Mientras Cyclops aún estaba en construcción, se estaba construyendo otro láser LLNL que también incorporaba la técnica de filtrado espacial, Argus . Argus pasó su luz a través de una serie de amplificadores, con filtros espaciales entre cada etapa y potencias de haz de teravatios fácilmente alcanzables.