高功率激光二极管，将会是未来聚变发电厂的关键部件。
近日，德国联邦教育和研究部（BMBF）启动了一个名为“DioHELIOS”的新项目。该项目为期3年，是BMBF旗下“Fusion 2040”资助计划的一部分，该计划目标是2040年在德国建造第一座核聚变发电厂。该项目为期三年，获得1730万欧元（约1.33亿元人民币）的资金支持，目标是推进高功率激光二极管在聚变发电厂中的应用，德国政府预计聚变发电厂最早将于2040年代建成。DioHELIOS项目集结了艾迈斯欧司朗（ams-OSRAM）、费迪南-布朗研究所（FBH）、莱布尼茨高频技术研究所（HZDR）、德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）、德国业纳（Jenoptik）、Laserline和通快（TRUMPF）等顶尖机构与激光光电厂商，旨在提升大功率激光二极管的功率和效率，并开发其自动化大规模生产的工艺，以满足激光惯性约束聚变产生的巨大能量需求。上图显示了最先进的二极管堆栈，由 25 个半导体巴条组成，前面有聚焦透镜，后面有主动冷却。（图源：通快）项目的核心在于开发一种光束整形二极管激光模块，用于高能激光器抽运板堆叠放大器，该模块被视为未来核聚变发电厂的关键组件，由德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）提供技术支持。项目目标是将脉冲效率提高50倍，同时提升整体效率，并确保光谱特性的均匀性和稳定性。此外，项目还追求以每瓦功率不到1美分的成本进行批量生产，并希望硬件能在约15赫兹的重复频率下稳定运行30年。在项目执行过程中，Laserline和通快将分别构建不同的泵浦模块，用于初始演示器中的高功率激光泵浦。该联盟致力于将基于二极管激光的泵浦模块推向兆瓦级范围。针对核聚变发电厂所需的二极管激光器，项目团队正在寻求新的设计方法，以稳定激光束的光谱分布，并通过“多结”的模式增加光产量。他们计划通过堆叠多个有源区域，来显著提高电子到光子的转换效率。优化后的二极管激光芯片将被送往通快、Laserline和业纳（Jenoptik），用于构建具有高封装密度和高辐照度的二极管激光堆栈。高效的冷却系统对于确保长寿命和避免温度引起的光谱漂移至关重要。这些堆栈将作为泵浦模块的构建模块，以二维阵列排列。此外，项目合作伙伴还在研究优化当前驱动器的潜力，以提供超过1000安培的电流脉冲，并尽可能减少损耗。同时，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）正在开发专门优化的光学器件，用于自动化装配，以准直和均匀化光束轮廓。基于焊接的光学组件可实现长期稳定的光束整形。未来将通过AI加速微光学的调整，以实现商业发电厂所需的数量并降低单位成本。（图源：Fraunhofer ILT）
最终，这些合作伙伴将评估模块的可扩展性，以实现更高的输出和脉冲能量，并控制系统成本。![]()
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