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World File Search System激光系统
用于连续矿井运输的导航传感器
在开采和运输煤炭的过程中，操作员在矿井狭小的空间内可能会被移动机械撞击或抓到。解决此问题的方法是使用运输设备上的导航系统，使其跟随开采煤炭的机器。这实际上涉及基于传感器的机器对接。能够承受恶劣的矿井环境（包括灰尘、甲烷气体和水）的传感器起着关键作用。对采矿机的运动和经验机器特性进行计算机分析，以确定操作要求和空间限制，确保将煤炭正确装入运输设备。这些数据用于选择传感系统。扫描激光系统和超声波传感器等各种技术经常用于其他应用，但被发现不可接受。然而，采用主动目标的近红外 (IR) 传感器满足要求。该传感器具有标称 75 EE 锥形视场和 0.1 至 18.0 米的范围。对于单目标模式，在 3.56 米的距离处，标称范围精度为 4.3%。生成校正算法将误差降低至 0.6%。空气尘埃测试表明，在超过联邦法律允许的浓度水平（7.5 倍）时，精度（最坏情况）下降不到 0.8%。该传感器可以跟踪多个活动目标，提供五个自由度 (DOF) 测量。使用四个目标，标称范围精度
639 nm 瓦级声光 Q 开关 Pr:YLF 激光器
高能脉冲可见光激光器在各种应用中都有很高的需求，包括但不限于光学显微镜 [ 1 ]、激光显示器 [ 2 – 4 ]、医疗应用 [ 5 ] 和激光通信 [ 6 ]。此外，高功率、高光束质量的红光激光器可以作为掺杂 Cr 3 和 Ho 3 离子的透明材料的泵浦源，例如 Cr:LiSAF（Cr 3 :LiSrAlF 6 ）[ 7 ] 和 Ho:ZFG（Ho 3 掺杂的氟化锆玻璃）[ 8 ]。早期研究中，产生红光常用的技术是利用非线性光学晶体如KTP（KTiOPO 4 ）、LBO（LiB 3 O 5 ）等，通过Nd 3 掺杂激光晶体产生1.3 μm基频激光[9，10]。该方法已被许多研究者报道，利用Q开关操作调节脉冲宽度，输出功率大多在数百毫瓦范围内。到目前为止，已报道了一些稀土离子掺杂晶体，如Pr 3 、Dy 3 和Sm 3 离子，在红色光谱区产生有效发射[11]。近年来，通过蓝色激光源泵浦Pr 3 掺杂激光材料直接产生红光技术发展迅速，具有结构紧凑、转换效率高、稳定性好等优点。 Pr3掺杂材料由于其大的发射截面和四能级激光系统可见光跃迁，已被证明是直接产生可见激光辐射最有效的解决方案之一[12]。
令人信服的使命 - 科学技术
卓越的科学技术实验室的使命需要多个科学和工程学科的杰出能力，包括：高能密度科学：在极端温度和压力条件下研究和控制物质方面发挥国际领导作用。高性能计算、模拟和数据科学：在新型计算机架构、预测模拟功能、知识提取工具和分析技术的开发、集成和使用方面发挥领导作用。核、化学和同位素科学与技术：推进核物理、粒子物理、放射化学、分析化学和同位素特征方面的基本理解、科学能力和技术，以支持 LLNL 多方面的国家安全使命。先进材料与制造：满足 NNSA 和国家对先进材料和制造工艺及系统的响应性、成本效益开发的需求。激光与光学科学与技术：设计、建造和可靠地操作复杂的激光系统，大大推进最先进的技术，以满足具有战略意义的应用。生物科学与生物工程：在生物学、工程学和物理科学的交叉领域开展工作，以应对生物安全、化学安全、生物能源和人类健康方面的国家挑战。地球与大气科学：推进地球和大气科学的前沿，以开发创新能力，推动 LLNL 的能源和国家安全任务。
Th-229 核的激光激发
利用相干电磁辐射对基本量子系统进行共振激发是许多物理学实验的核心，例如原子和分子光谱、原子钟、量子信息处理等。相干激光激发有许多应用，特别是需要高精度控制量子叠加态的频率或相位时，但迄今为止它在核物理中几乎没有使用[1]。从典型的核激发能量和可用的激光光子能量之间的巨大不匹配可以理解激光激发原子核的困难。核激发已经在激光产生的等离子体中得到证实，其中相互作用是通过在强激光场中加速的电子介导的，电子在碰撞中或通过X射线范围内的轫致辐射与原子核相互作用[2]。不同的原子核已经通过同步辐射在6 – 60 keV能量范围内的跃迁上进行共振激发，寿命在纳秒到微秒范围内[3]。 Sc-45 的 12.4 keV 共振最近在欧洲 x 射线自由电子激光器 [4] 上被激发，其寿命为 0.47 秒。Th-229 原子核以其独特的低能同质异能态而闻名 [5 – 7] 。其激发能量为 8.4 eV，使核跃迁处于真空紫外 (VUV) 光谱范围内，使其可用于台式激光系统和精密光学工具的实验
超高效轫致辐射产生...
高性能激光驱动辐射源是研究高能量密度物质、利用 kJ PW 激光系统进行对产生和中子产生的研究的重点。在这项工作中，我们提出了一种高效方法，在直接激光加速 (DLA) 电子与几毫米厚的高 Z 转换器相互作用时产生超高通量、高能轫致辐射。在中等相对论强度的亚皮秒激光脉冲与用纳秒激光脉冲辐照低密度聚合物泡沫获得的近临界密度长尺度等离子体相互作用时，产生了能量高达 100 MeV 的直接激光加速电子定向束。在实验中，观察到了通过光核反应产生的钽同位素，阈值能量高于 40 MeV。使用 Geant4 Monte Carlo 程序，以测量的电子能量和角分布作为输入参数，表征了从 180 Ta 到 175 Ta 的同位素记录产量的轫致辐射谱。结果表明，当直接激光加速电子与钽转换器相互作用时，会产生平均光子能量为 18 MeV 的定向轫致辐射，在巨偶极共振（GDR）及以上（≥ 7.5 MeV）的能量范围内每次激光发射会产生 ~2 · 10 11 个光子。这会产生 ~6 × 10 22 sr − 1 · s − 1 的超高光子通量，并且聚焦激光能量转化为高能轫致辐射的转换效率达到创纪录的 2%。
超高效轫致辐射产生...
高性能激光驱动辐射源是研究高能量密度物质、利用 kJ PW 激光系统进行对产生和中子产生的研究的重点。在这项工作中，我们提出了一种高效方法，在直接激光加速 (DLA) 电子与几毫米厚的高 Z 转换器相互作用时产生超高通量、高能轫致辐射。在中等相对论强度的亚皮秒激光脉冲与用纳秒激光脉冲辐照低密度聚合物泡沫获得的近临界密度长尺度等离子体相互作用时，产生了能量高达 100 MeV 的直接激光加速电子定向束。在实验中，观察到了通过光核反应产生的钽同位素，阈值能量高于 40 MeV。使用 Geant4 Monte Carlo 程序，以测量的电子能量和角分布作为输入参数，对 180 Ta 至 175 Ta 同位素记录产量的轫致辐射谱进行了表征。结果表明，当直接激光加速电子与钽转换器相互作用时，会产生平均光子能量为 18 MeV 的定向轫致辐射，在巨偶极共振（GDR）及以上（≥ 7.5 MeV）的能量范围内每次激光发射会产生 ~2 · 10 11 个光子。这会产生 ~6 × 10 22 sr − 1 · s − 1 的超高光子通量，并将聚焦激光能量转换为高能轫致辐射，转换效率达到创纪录的 2%。
国防和航天领域的激光革命
功率激光源因其独特的功能和多功能性，在国防和太空应用中变得越来越重要。在国防方面，这些激光器为瞄准和消除导弹、无人机和其他空中物体等威胁提供了精确有效的解决方案。激光系统还可以破坏敌方通信和电子系统，在战场上提供显著的战术优势。在太空中，高功率激光器有可能彻底改变卫星保护、空间碎片清除和推进系统，为探索和防御开辟新的领域。在国防方面，功率激光源被视为传统防空系统（如导弹）的经济有效替代品，特别是用于对抗无人机 (UAV)。随着无人机变得越来越普遍和便宜，使用昂贵的导弹进行拦截带来了财务挑战。虽然已经开发了射频 (RF) 干扰等软杀伤解决方案，但激光和微波等定向能武器 (DEW) 可以更有效地防御无人机和高超音速导弹等新兴威胁。同样，在太空应用中，功率激光源正在成为 RF 通信系统的替代品或补充。地对空和空对空通信系统正在通过激光技术得到增强，有望提高性能和可靠性。功率激光源的进步推动了能够有效对抗小型无人机、简易爆炸装置 (IED) 和其他类似威胁的系统的发展，使其成为短程防空系统的关键组成部分。展望未来，重点是增强可扩展性以实现
用于连续矿井运输的导航传感器
在开采和运输煤炭的过程中，操作员在矿井狭窄的空间内可能会被移动机械撞击或抓住。解决此问题的方法是使用运输设备上的导航系统，以便它跟随开采煤炭的机器。这本质上涉及基于传感器的机器对接。能够在恶劣的矿井环境中生存的传感器起着关键作用，这些环境包括灰尘、甲烷气体和水。对采矿机的运动和经验机器特性进行计算机分析，以确定操作要求和空间限制，确保将煤炭正确装载到运输设备中。这些数据用于选择传感系统。扫描激光系统和超声波传感器等各种技术经常用于其他应用，但被发现不可接受。但是，采用主动目标的近红外 (IR) 传感器满足要求。该传感器具有标称 75 EE 锥形视场，范围为 0.1 至 18.0 m。 对于单目标模式，在距离 3.56 m 时，标称范围精度为 4.3%。 生成校正算法将误差降低至 0.6%。空气中的灰尘测试表明，在超过联邦法律允许的浓度（7.5 倍）的水平下，准确度（最坏情况）下降不到 0.8%。该传感器可以跟踪多个主动目标，提供五个自由度 (DOF) 测量。使用四个目标，标称范围精度为 0.4%，无需校正算法。III 的制导系统。当前操作场景 跟随采矿机器的运输系统在商业上不存在。这样的系统可以减少当前运输采矿设备造成的死亡和伤害，并且是当前运输控制的可行替代方案。
光学和激光技术
对宽带材料（例如眼镜和晶体）的精确和高质量加工的需求在科学和工业中具有相当大的意义。在这些材料中，蓝宝石由于其出色的机械和光学特性，高导热率和稳定性，低电导率以及针对苛刻的化学物质的弹性而脱颖而出。尽管蓝宝石的硬度很硬，但蓝宝石还是脆弱的，使其容易在传统的加工尝试中进行破解。最近，诸如激光消融之类的替代非接触方法已成为提高加工质量的潜在解决方案。然而，对宽带材料的激光处理的研究，尤其是利用飞秒固态激光系统的高谐波，仍然是不完整的。我们的研究重点是研究使用飞秒（300 fs）深紫外线（206 nm）激光脉冲的C-CUT蓝宝石晶体的非热激光消融，并将结果与传统的IR IR femtsosecond消融进行了比较。出版物涵盖了对消融过程的全面描述，以及与随附的扫描电子显微镜图像一起对各种已达到的形态进行了回顾。我们的发现表明，可以通过特定激光处理参数范围内的单步过程来实现表面粗糙度低于100 nm的有效消融。蓝宝石的消融过程涵盖了强烈的孵化效果，因此脉冲需要紧密地重叠。此外，我们还提供了用于提取表面粗糙度的方法的详细描述，该方法在所有提出的研究中都用于表面粗糙度，并提供了一个实用的框架来表征从不同激光系统获得的消融结果。
矿井连续运输导航传感器
在开采和运输煤炭的过程中，操作员在狭窄的矿井内可能会被移动机械撞击或抓到。解决此问题的方法是使用运输设备上的导航系统，使其跟随开采煤炭的机器。这实际上涉及基于传感器的机器对接。能够承受恶劣的矿井环境（包括灰尘、甲烷气体和水）的传感器起着关键作用。对采矿机的运动和经验机器特性进行计算机分析，以确定操作要求和空间限制，以确保将煤炭正确装入运输设备。这些数据用于选择传感系统。扫描激光系统和超声波传感器等各种技术经常用于其他应用，但被发现不可接受。然而，采用主动目标的近红外 (IR) 传感器满足要求。该传感器具有标称 75 EE 锥形视场和 0.1 至 18.0 m 的范围。对于单目标模式，在 3.56 米的距离处，标称范围精度为 4.3%。生成了校正算法，将误差降低至 0.6%。空气中的灰尘测试表明，在超过联邦法律允许的浓度（7.5 倍）的水平下，精度（最坏情况）下降不到 0.8%。该传感器可以跟踪多个活动目标，提供五个自由度 (DOF) 测量。使用四个目标，标称范围精度为 0.4%，无需校正算法。III. 当前操作场景 拖运系统跟随采矿机的制导系统在商业上不存在。这样的系统可以减少当前拖运采矿设备造成的死亡和伤害，并且是当前拖运控制的可行替代方案。