Point design targets have been specified for the initial ignition campaign on the National Ignition Facility [G. H. Miller, E. I. Moses, and C. R. Wuest, Opt. Eng. 443, 2841 (2004)]. The targets contain D-T fusion fuel in an ablator of either CH with Ge doping, or Be with Cu. These shells are imploded in a U or Au hohlraum with a peak radiation temperature set between 270 and 300 eV. Considerations determining the point design include laser-plasma interactions, hydrodynamic instabilities, laser operations, and target fabrication. Simulations were used to evaluate choices, and to define requirements and specifications. Simulation techniques and their experimental validation are summarized. Simulations were used to estimate the sensitivity of target performance to uncertainties and variations in experimental conditions. A formalism is described that evaluates margin for ignition, summarized in a parameter the Ignition Threshold Factor (ITF). Uncertainty and shot-to-shot variability in ITF are evaluated, and sensitivity of the margin to characteristics of the experiment. The formalism is used to estimate probability of ignition. The ignition experiment will be preceded with an experimental campaign that determines features of the design that cannot be defined with simulations alone. The requirements for this campaign are summarized. Requirements are summarized for the laser and target fabrication.

The National Ignition Facility (NIF) at Lawrence Livermore National Laboratory includes a precision laser system now capable of delivering 1.8 MJ at 500 TW of 0.35-μm light to a target. NIF has been operational since March 2009. A variety of experiments have been completed in support of NIF's mission areas: national security, fundamental science, and inertial fusion energy. NIF capabilities and infrastructure are in place to support its missions with nearly 60 X-ray, optical, and nuclear diagnostic systems. A primary goal of the National Ignition Campaign (NIC) on the NIF was to implode a low-Z capsule filled with ∼0.2 mg of deuterium-tritium (DT) fuel via laser indirect-drive inertial confinement fusion and demonstrate fusion ignition and propagating thermonuclear burn with a net energy gain of ∼5–10 (fusion yield/input laser energy). This requires assembling the DT fuel into a dense shell of ∼1000 g/cm3 with an areal density (ρR) of ∼1.5 g/cm2, surrounding a lower density hot spot with a temperature of ∼10 keV and a ρR ∼0.3 g/cm2, or approximately an α-particle range. Achieving these conditions demand precise control of laser and target parameters to allow a low adiabat, high convergence implosion with low ablator fuel mix. We have demonstrated implosion and compressed fuel conditions at ∼80–90% for most point design values independently, but not at the same time. The nuclear yield is a factor of ∼3–10× below the simulated values and a similar factor below the alpha dominated regime. This paper will discuss the experimental trends, the possible causes of the degraded performance (the off-set from the simulations), and the plan to understand and resolve the underlying physics issues.

The National Ignition Facility (NIF) laser with its 192 independent laser beams is not only the world's largest laser but also the largest optical system ever built. With its 192 independent laser beams, the NIF requires a total of 7648 large-aperture (meter-sized) optics. One of the many challenges in designing and building NIF has been to carry out the research and development on optical materials, optics design, and optics manufacturing and metrology technologies needed to achieve NIF's high output energies and precision beam quality. This paper describes the multiyear, multisupplier development effort that was undertaken to develop the advanced optical materials, coatings, fabrication technologies, and associated process improvements necessary to manufacture the wide range of NIF optics. The optics include neodymium-doped phosphate glass laser amplifiers; fused-silica lenses, windows, and phase plates; mirrors and polarizers with multilayer, high-reflectivity dielectric coatings deposited on BK7 substrates; and potassium di-hydrogen phosphate crystal optics for fast optical switches, frequency conversion, and polarization rotation. Also included is a discussion of optical specifications and custom metrology and quality-assurance tools designed, built, and fielded at supplier sites to verify compliance with the stringent NIF specifications. In addition, a brief description of the ongoing program to improve the operational lifetime (i.e., damage resistance) of optics exposed to high fluence in the 351-nm (3ω) is provided.