Hamamatsu Photonics开发最高密度激光二极管模块以推动激光聚变研究

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Hamamatsu Photonics，作为全球光源和测量技术的领导者，开发了一款具有前所未有的功率密度23 kW/cm²的半导体激光二极管（LD）模块。这一成就得益于其独特的制造技术，代表了该公司现有模块的四倍提升，并为激光聚变系统的泵浦光源设定了新的全球基准。

这些新开发的LD模块，作为激光介质的泵浦光源，能够提供1千焦耳（kJ）范围的激光功率——这是实现实用激光聚变的重要里程碑。这一进展预计将显著加速全球范围内的激光聚变研究。这些LD模块背后的制造技术还支持开发更小、更紧凑的固态激光泵浦模块，能够在更小的体积内实现与当前商业LD模块相同的光学输出。

开发背景

核聚变是将原子核融合形成更重核并释放巨大能量的过程，被视为实现碳中和能源未来的基石。激光聚变利用高功率激光瞄准含有氘和氚的燃料胶囊，正在成为实现这一目标的有前景的途径。全球科学界对激光聚变发电作为下一代能源源充满期待。

目前，主要的激光聚变研究设施依赖闪光灯泵浦激光系统进行大规模实验。虽然这些系统已实现了可观的能量增益——将输出提升至输入能量的10到100倍，但由于冷却周期较长，它们的重复率受到限制，每天只能进行几次实验。实现实用的高重复率聚变能量生产仍然是一个关键挑战。

新开发的LD模块概述

在用于激光聚变的高功率激光系统中，激光介质必须通过高强度激光光进行有效泵浦，以获得高光输出能量。提高LD模块的输出功率需要高密度堆叠紧凑型LD条的技术，这些LD条宽度仅为1厘米，但能产生高功率。迄今为止，由于LD条供电的漏电流和LD条冷却稳定性问题，堆叠此类LD模块一直存在困难。

Hamamatsu Photonics通过开发特殊的安装夹具和对高熔点焊接技术及散热器结构进行关键改进，成功建立了其独特的LD条高密度安装技术。这使得漏电流得以抑制，冷却效率得以提高，最终成功开发出具有23 kW/cm²输出密度的LD模块。这是Hamamatsu现有LD模块的四倍，意味着他们现在能够为激光聚变应用提供全球最高水平的LD模块。

将这些新开发的LD模块作为激光聚变系统中的泵浦光源，将有助于实现1 kJ级的激光功率，这被认为是使激光聚变实用的重要里程碑。这将为实现预计在2030年代展示发电能力的聚变能源的研究与开发做出重大贡献。Hamamatsu Photonics建立的LD模块制造技术还可以应用于用于清除太空垃圾的高功率激光泵浦光源，以及用于半导体微加工的极紫外光源的激光泵浦光源。

Hamamatsu Photonics计划在三年内使这一新设计和开发的LD模块实现商业化。

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