Kamakailan lamang, ang Institute of Applied Physics ng Russian Academy of Sciences ay nagpakilala sa Exawatt Center for Extreme Light Study (XCEL), isang programa ng pananaliksik para sa mga malalaking aparato na pang -agham batay sa labisMataas na Power Lasers. Kasama sa proyekto ang pagtatayo ng isang napakaMataas na Power LaserBatay sa optical na parametric chirped pulse amplification na teknolohiya sa malaking aperture potassium dideuterium phosphate (DKDP, kemikal na formula KD2PO4) na mga kristal, na may inaasahang kabuuang output ng 600 pW peak power pulses. Ang gawaing ito ay nagbibigay ng mahahalagang detalye at mga natuklasan sa pananaliksik tungkol sa proyekto ng XCELS at mga sistema ng laser nito, na naglalarawan ng mga aplikasyon at potensyal na epekto na may kaugnayan sa mga pakikipag-ugnay sa ultra-malakas na larangan ng ilaw.
Ang programa ng XCELS ay iminungkahi noong 2011 na may paunang layunin na makamit ang isang rurok na kapangyarihanlaserAng output ng pulso ng 200 PW, na kasalukuyang na -upgrade sa 600 PW. NitoLaser Systemnakasalalay sa tatlong pangunahing teknolohiya:
. Teknolohiya ng CPA);
(2) gamit ang DKDP bilang ang Gain Medium, Ultra Wideband Phase Matching ay natanto malapit sa 910 nm na haba ng haba;
.
Ang pagtutugma ng ultra-wideband phase ay malawak na matatagpuan sa maraming mga kristal at ginagamit sa OPCPA femtosecond lasers. Ginagamit ang mga kristal ng DKDP dahil ang mga ito lamang ang materyal na matatagpuan sa pagsasanay na maaaring lumaki sa sampu-sampung sentimetro ng siwang at sa parehong oras ay may katanggap-tanggap na mga optical na katangian upang suportahan ang pagpapalakas ng lakas ng multi-PWlaser. Napag -alaman na kapag ang kristal ng DKDP ay pumped sa pamamagitan ng dobleng dalas ng ilaw ng laser ng ND glass, kung ang haba ng haba ng haba ng haba ng pulso ay 910 nm, ang unang tatlong termino ng pagpapalawak ng taylor ng wave vector mismatch ay 0.
Ang Figure 1 ay isang layout ng eskematiko ng sistema ng laser ng XCEL. Ang front end ay nabuo ang chirped femtosecond pulses na may gitnang haba ng haba ng 910 nm (1.3 sa Larawan 1) at 1054 nm nanosecond pulses na na -injected sa OPCPA pumped laser (1.1 at 1.2 sa Larawan 1). Tinitiyak din ng front end ang pag -synchronize ng mga pulses na ito pati na rin ang kinakailangang enerhiya at spatiotemporal na mga parameter. Ang isang intermediate na OPCPA na nagpapatakbo sa isang mas mataas na rate ng pag -uulit (1 Hz) ay nagpapalakas sa chirped pulse sa sampu -sampung joules (2 sa Larawan 1). Ang pulso ay karagdagang pinalakas ng booster OPCPA sa isang solong kilojoule beam at nahahati sa 12 magkaparehong mga sub-beam (4 sa Larawan 1). Sa pangwakas na 12 OPCPA, ang bawat isa sa 12 chirped light pulses ay pinalakas sa antas ng kilojoule (5 sa Larawan 1) at pagkatapos ay na -compress ng 12 compression gratings (GC ng 6 sa Larawan 1). Ang acousto-optic programmable dispersion filter ay ginagamit sa harap na dulo upang tumpak na makontrol ang bilis ng pagkakalat ng bilis ng grupo at mataas na pagkakasunud-sunod ng pagkakasunud-sunod, upang makuha ang pinakamaliit na posibleng lapad ng pulso. Ang pulso spectrum ay may isang hugis ng halos ika-12-order na Supergauss, at ang spectral bandwidth sa 1% ng maximum na halaga ay 150 nm, na naaayon sa lapad ng Fourier Transform Pulse na lapad ng 17 fs. Isinasaalang -alang ang hindi kumpletong kabayaran sa pagpapakalat at ang kahirapan ng nonlinear phase na kabayaran sa mga parametric amplifier, ang inaasahang lapad ng pulso ay 20 fs.
Ang XCels laser ay gumamit ng dalawang 8-channel UFL-2M Neodymium Glass Laser Frequency Double Modules (3 sa Larawan 1), kung saan 13 mga channel ang gagamitin upang mag-pump ang booster OPCPA at 12 panghuling OPCPA. Ang natitirang tatlong mga channel ay gagamitin bilang independiyenteng nanosecond kilojoule pulsedMga mapagkukunan ng laserPara sa iba pang mga eksperimento. Limitado sa pamamagitan ng optical breakdown threshold ng DKDP crystals, ang pag -iilaw ng intensity ng pumped pulse ay nakatakda sa 1.5 GW/cm2 para sa bawat channel at ang tagal ay 3.5 ns.
Ang bawat channel ng XCels laser ay gumagawa ng mga pulses na may lakas na 50 PW. Ang isang kabuuang 12 mga channel ay nagbibigay ng isang kabuuang lakas ng output na 600 PW. Sa pangunahing silid ng target, ang maximum na pagtuon ng intensity ng bawat channel sa ilalim ng perpektong mga kondisyon ay 0.44 × 1025 W/cm2, sa pag -aakalang ang mga elemento ng pagtuon ng f/1 ay ginagamit para sa pagtuon. Kung ang pulso ng bawat channel ay karagdagang naka-compress sa 2.6 Fs sa pamamagitan ng post-compression technique, ang kaukulang output pulse power ay tataas sa 230 pW, na naaayon sa light intensity ng 2.0 × 1025 w/cm2.
Upang makamit ang mas malaking ilaw na ilaw, sa 600 pW output, ang mga light pulses sa 12 channel ay nakatuon sa geometry ng kabaligtaran na dipole radiation, tulad ng ipinapakita sa Larawan 2. Kapag ang phase ng pulso sa bawat channel ay hindi naka -lock, ang intensity ng pokus ay maaaring umabot sa 9 × 1025 w/cm2. Kung ang bawat yugto ng pulso ay naka -lock at naka -synchronize, ang magkakaugnay na resulta ng ilaw ay tataas sa 3.2 × 1026 w/cm2. Bilang karagdagan sa pangunahing target na silid, ang proyekto ng XCELS ay may kasamang hanggang sa 10 mga laboratoryo ng gumagamit, ang bawat isa ay tumatanggap ng isa o higit pang mga beam para sa mga eksperimento. Gamit ang napakalakas na larangan ng ilaw na ito, plano ng proyekto ng XCEL na magsagawa ng mga eksperimento sa apat na kategorya: mga proseso ng electrodynamics ng dami sa mga matinding patlang ng laser; Ang paggawa at pagbilis ng mga particle; Ang henerasyon ng pangalawang electromagnetic radiation; Laboratory astrophysics, mataas na proseso ng density ng enerhiya at pananaliksik sa diagnostic.
Fig. 2 Tumutuon ng geometry sa pangunahing silid ng target. Para sa kalinawan, ang parabolic mirror ng beam 6 ay nakatakda sa transparent, at ang mga input at output beam ay nagpapakita lamang ng dalawang channel 1 at 7
Ipinapakita ng Figure 3 ang spatial layout ng bawat functional area ng XCels laser system sa eksperimentong gusali. Ang elektrisidad, vacuum pump, paggamot ng tubig, paglilinis at air conditioning ay matatagpuan sa basement. Ang kabuuang lugar ng konstruksyon ay higit sa 24,000 m2. Ang kabuuang pagkonsumo ng kuryente ay tungkol sa 7.5 MW. Ang pang -eksperimentong gusali ay binubuo ng isang panloob na guwang na pangkalahatang frame at isang panlabas na seksyon, ang bawat isa ay itinayo sa dalawang nabubulok na mga pundasyon. Ang vacuum at iba pang mga sistema ng pag-akit ng panginginig ng boses ay naka-install sa pundasyon na nakahiwalay ng panginginig ng boses, upang ang malawak ng kaguluhan na ipinadala sa sistema ng laser sa pamamagitan ng pundasyon at suporta ay nabawasan sa mas mababa sa 10-10 g2/Hz sa dalas na saklaw ng 1-200 Hz. Bilang karagdagan, ang isang network ng mga marker ng sanggunian ng geodesic ay naka -set up sa laser hall upang sistematikong subaybayan ang pag -drift ng lupa at kagamitan.
Nilalayon ng proyekto ng XCELS na lumikha ng isang malaking pasilidad ng pananaliksik na pang -agham batay sa sobrang mataas na rurok na mga laser ng rurok. Ang isang channel ng XCELs laser system ay maaaring magbigay ng isang nakatuon na ilaw na intensity nang maraming beses na mas mataas kaysa sa 1024 w/cm2, na maaaring lumampas sa 1025 W/cm2 na may teknolohiyang post-compression. Sa pamamagitan ng dipole-focus na pulses mula sa 12 mga channel sa sistema ng laser, ang isang intensity na malapit sa 1026 w/cm2 ay maaaring makamit kahit na walang post-compression at phase locking. Kung ang pag -synchronise ng phase sa pagitan ng mga channel ay naka -lock, ang light intensity ay maraming beses na mas mataas. Gamit ang mga record-breaking pulse intensities at ang layout ng multi-channel beam, ang pasilidad ng XCEL na hinaharap ay maaaring magsagawa ng mga eksperimento na may napakataas na intensity, kumplikadong mga pamamahagi ng ilaw na patlang, at mag-diagnose ng mga pakikipag-ugnay gamit ang mga multi-channel laser beam at pangalawang radiation. Maglalaro ito ng isang natatanging papel sa larangan ng super-malakas na electromagnetic field na pang-eksperimentong pisika.
Oras ng Mag-post: Mar-26-2024