Kohët e fundit, Instituti i Fizikës së Aplikuar të Akademisë së Shkencave Ruse prezantoi Qendrën Exawatt për Studimin e Dritës Extreme (XCELS), një program kërkimi për pajisje të mëdha shkencore bazuar në jashtëzakonishtlazer me fuqi të lartë. Projekti përfshin ndërtimin e një shumëlazer me fuqi të lartëBazuar në teknologjinë optike të amplifikimit të pulsit parametrik të çuar në hapje të madhe të kaliumit dideuterium fosfat (DKDP, formula kimike KD2PO4) kristale, me një prodhim total të pritshëm prej 600 pulsesh të fuqisë së pikut 600 pW. Kjo punë ofron detaje të rëndësishme dhe gjetjet e hulumtimit në lidhje me projektin XCELS dhe sistemet e tij lazer, duke përshkruar aplikacionet dhe ndikimet e mundshme që lidhen me ndërveprimet ultra të forta në terren.
Programi Xcels u propozua në vitin 2011 me qëllimin fillestar për të arritur një fuqi kulmorelazerProdhimi i pulsit prej 200 PW, i cili aktualisht është aktualizuar në 600 PW. I tijsistem lazermbështetet në tre teknologji kryesore:
(1) Teknologjia optike e amplifikimit të pulsit parametrik të paturpshëm (OPCPA) përdoret në vend të amplifikimit tradicional të pulsit të copëtuar (amplifikimi i pulsit të copëtuar, OPCPA). CPA) teknologji;
(2) Përdorimi i DKDP si i mesëm i fitimit, përputhja e fazës ultra të gjerë është realizuar afër gjatësisë së valës 910 nm;
(3) Një lazer i madh xhami neodymium me hapje me një energji pulsi prej mijëra joules përdoret për të pompuar një përforcues parametrik.
Përputhja e fazës ultra të gjerë është gjetur gjerësisht në shumë kristale dhe përdoret në lazerët e femtosekondit OPCPA. Kristalet DKDP përdoren sepse ato janë materiali i vetëm që gjendet në praktikë që mund të rritet në dhjetëra centimetra të hapjes dhe në të njëjtën kohë kanë cilësi optike të pranueshme për të mbështetur amplifikimin e fuqisë multi-PWlazer. Shtë konstatuar se kur kristali DKDP pompohet nga drita e frekuencës së dyfishtë të lazerit të qelqit ND, nëse gjatësia e valës së bartësit të pulsit të amplifikuar është 910 nm, tre termat e parë të zgjerimit Taylor të mospërputhjes së vektorit të valës janë 0.
Figura 1 është një paraqitje skematike e sistemit lazer Xcels. Fundi i përparmë gjeneroi pulsione femtosekond të copëtuar me një gjatësi vale qendrore prej 910 nm (1.3 në figurën 1) dhe 1054 nm pulses nanosekond të injektuara në lazerin e pompuar OPCPA (1.1 dhe 1.2 në figurën 1). Fundi i përparmë siguron gjithashtu sinkronizimin e këtyre pulseve, si dhe parametrat e kërkuar të energjisë dhe hapësinave spatiotemporale. Një OPCPA e ndërmjetme që vepron me një shkallë më të lartë të përsëritjes (1 Hz) amplifikon pulsin e Chirped në dhjetëra joules (2 në figurën 1). Pulsi amplifikohet më tej nga përforcuesi OPCPA në një rreze të vetme kilojoule dhe ndahet në 12 nën-rreze identike (4 në figurën 1). Në 12 OPCPA -në e fundit, secila prej 12 pulseve të dritës së Chirped është amplifikuar në nivelin e kilojoule (5 në figurën 1) dhe më pas kompresohet nga 12 gratings kompresim (GC prej 6 në figurën 1). Filtri i shpërndarjes së programueshme AcousTo-optike përdoret në pjesën e përparme për të kontrolluar saktësisht shpërndarjen e shpejtësisë së grupit dhe shpërndarjen e rendit të lartë, në mënyrë që të sigurojë gjerësinë më të vogël të mundshme të pulsit. Spektri i pulsit ka një formë të supergauss gati të rendit të 12-të, dhe gjerësia e brezit spektral në 1% të vlerës maksimale është 150 nm, që korrespondon me gjerësinë e pulsit të transformimit Fourier prej 17 fs. Duke marrë parasysh kompensimin jo të plotë të shpërndarjes dhe vështirësinë e kompensimit të fazës jolineare në amplifikatorët parametrikë, gjerësia e pritshme e pulsit është 20 fs.
Lazeri XCELS do të përdorë dy module të dyfishimit të frekuencës së lazerit me lazer me 8 kanale UFL-2M (3 në figurën 1), nga të cilat 13 kanale do të përdoren për të pompuar OPCPA Booster dhe 12 Final OPCPA. Tre kanalet e mbetura do të përdoren si nanosekond i pavarur i pulsuarburime lazerpër eksperimente të tjera. E kufizuar nga pragu i prishjes optike të kristaleve DKDP, intensiteti i rrezatimit të pulsit të pompuar është vendosur në 1.5 gW/cm2 për secilin kanal dhe kohëzgjatja është 3.5 ns.
Channeldo kanal i lazerit Xcels prodhon pulsione me një fuqi prej 50 pw. Një total prej 12 kanalesh ofrojnë një fuqi totale dalëse prej 600 PW. Në dhomën kryesore të synuar, intensiteti maksimal i përqendrimit të secilit kanal në kushte ideale është 0.44 × 1025 w/cm2, duke supozuar se elementët e përqendrimit F/1 përdoren për t'u përqëndruar. Nëse pulsi i secilit kanal kompresohet më tej në 2.6 fs me teknikën pas kompresimit, fuqia përkatëse e pulsit të daljes do të rritet në 230 PW, që korrespondon me intensitetin e dritës prej 2.0 × 1025 W/cm2.
Për të arritur një intensitet më të madh të dritës, në 600 dalje PW, pulset e dritës në 12 kanalet do të përqendrohen në gjeometrinë e rrezatimit të anasjelltë të dipolit, siç tregohet në figurën 2. Kur faza e pulsit në secilin kanal nuk është i kyçur, intensiteti i përqendrimit mund të arrijë 9 × 1025 w/cm2. Nëse secila fazë e pulsit është e mbyllur dhe e sinkronizuar, intensiteti koherent i dritës rezultues do të rritet në 3.2 × 1026 W/cm2. Përveç dhomës kryesore të synuar, projekti XCELS përfshin deri në 10 laboratorë të përdoruesve, secila duke marrë një ose më shumë rreze për eksperimente. Duke përdorur këtë fushë të dritës jashtëzakonisht të fortë, projekti XCELS planifikon të kryejë eksperimente në katër kategori: proceset e elektrodinamikës kuantike në fushat intensive lazer; Prodhimi dhe nxitimi i grimcave; Gjenerimi i rrezatimit elektromagnetik sekondar; Astrofizika laboratorike, proceset e densitetit të lartë të energjisë dhe hulumtimet diagnostikuese.
Fig. 2 Përqendrimi i gjeometrisë në dhomën kryesore të synuar. Për qartësi, pasqyra parabolike e rrezes 6 është vendosur në transparente, dhe trarët e hyrjes dhe daljes tregojnë vetëm dy kanale 1 dhe 7
Figura 3 tregon paraqitjen hapësinore të secilës zonë funksionale të sistemit lazer Xcels në ndërtesën eksperimentale. Energjia elektrike, pompat vakum, trajtimi i ujit, pastrimi dhe ajri i kondicionuar janë të vendosura në bodrum. Zona totale e ndërtimit është më shumë se 24,000 m2. Konsumi i përgjithshëm i energjisë është rreth 7.5 MW. Ndërtesa eksperimentale përbëhet nga një kornizë e përgjithshme e brendshme e zbrazët dhe një seksion i jashtëm, secila e ndërtuar në dy themele të zbërthyer. Vakumi dhe sistemet e tjera që shkaktojnë dridhje janë instaluar në themelin e izoluar nga dridhjet, në mënyrë që amplituda e shqetësimit të transmetuar në sistemin lazer përmes fondacionit dhe mbështetja të zvogëlohet në më pak se 10-10 G2/Hz në intervalin e frekuencës prej 1-200 Hz. Për më tepër, një rrjet i shënuesve të referencës gjeodezike është vendosur në Sallën Laser për të monitoruar në mënyrë sistematike zhvendosjen e tokës dhe pajisjeve.
Projekti XCELS synon të krijojë një strukturë të madhe kërkimore shkencore bazuar në lazer me fuqi jashtëzakonisht të lartë të fuqisë. Një kanal i sistemit lazer XCELS mund të sigurojë një intensitet të dritës së përqendruar disa herë më të lartë se 1024 w/cm2, i cili mund të tejkalohet më tej me 1025 W/cm2 me teknologji pas kompresimit. Me anë të pulseve të përqendruara në dipole nga 12 kanale në sistemin lazer, një intensitet afër 1026 W/cm2 mund të arrihet edhe pa pas-kompresimin dhe mbylljen e fazës. Nëse sinkronizimi i fazës midis kanaleve është i kyçur, intensiteti i dritës do të jetë disa herë më i lartë. Duke përdorur këto intensitete të pulsit rekord dhe paraqitjen e rrezes shumë-kanale, objekti i ardhshëm Xcels do të jetë në gjendje të kryejë eksperimente me intensitet jashtëzakonisht të lartë, shpërndarje komplekse të fushës së dritës dhe ndërveprime të diagnostikojnë duke përdorur trarët lazer me shumë kanale dhe rrezatimin sekondar. Kjo do të luajë një rol unik në fushën e fizikës eksperimentale të fushës elektromagnetike super të fortë.
Koha e postimit: Mar-26-2024