Kohët e fundit, Instituti i Fizikës së Aplikuar të Akademisë së Shkencave Ruse prezantoi Qendrën eXawatt për Studimin e Dritës Ekstreme (XCELS), një program kërkimor për pajisje të mëdha shkencore të bazuara në jashtëzakonishtlazer me fuqi të lartë. Projekti përfshin ndërtimin e një shumëlazer me fuqi të lartëbazuar në teknologjinë e amplifikimit të pulsit me cicërim optik parametrik në kristale me hapje të madhe të fosfatit të kaliumit dideuterium (DKDP, formula kimike KD2PO4), me një prodhim total të pritshëm prej 600 impulse të fuqisë maksimale PW. Kjo punë ofron detaje të rëndësishme dhe gjetje kërkimore rreth projektit XCELS dhe sistemeve të tij lazer, duke përshkruar aplikimet dhe ndikimet e mundshme që lidhen me ndërveprimet e fushës së dritës ultra të fortë.
Programi XCELS u propozua në vitin 2011 me qëllimin fillestar për të arritur një fuqi maksimalelazerprodhimi i pulsit prej 200 PW, i cili aktualisht është përmirësuar në 600 PW. E sajsistem lazermbështetet në tre teknologji kryesore:
(1) Teknologjia Optical Parametric Cirped Pulse Amplification (OPCPA) përdoret në vend të Amplifikimit tradicional të Pulse Cirped (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) teknologjia;
(2) Duke përdorur DKDP si medium fitimi, përputhja e fazës me brez ultra të gjerë realizohet afër gjatësisë valore 910 nm;
(3) Një lazer qelqi neodymium me hapje të madhe me një energji pulsi prej mijëra xhaulësh përdoret për të pompuar një përforcues parametrik.
Përputhja e fazës me brez ultra të gjerë gjendet gjerësisht në shumë kristale dhe përdoret në lazerët femtosekonda OPCPA. Kristalet DKDP përdoren sepse janë i vetmi material i gjetur në praktikë që mund të rritet deri në dhjetëra centimetra hapje dhe në të njëjtën kohë kanë cilësi optike të pranueshme për të mbështetur amplifikimin e fuqisë me shumë PWlazer. Është konstatuar se kur kristali DKDP pompohet nga drita me frekuencë të dyfishtë të lazerit të qelqit ND, nëse gjatësia e valës bartëse të pulsit të përforcuar është 910 nm, tre termat e parë të zgjerimit të Taylor të mospërputhjes së vektorit të valës janë 0.
Figura 1 është një paraqitje skematike e sistemit lazer XCELS. Pjesa e përparme gjeneroi pulse femtosekonda cicërima me një gjatësi vale qendrore prej 910 nm (1.3 në figurën 1) dhe 1054 nm pulse nanosekonda të injektuara në lazerin e pompuar OPCPA (1.1 dhe 1.2 në Figurën 1). Pjesa e përparme siguron gjithashtu sinkronizimin e këtyre pulseve, si dhe parametrat e nevojshëm të energjisë dhe hapësinor. Një OPCPA e ndërmjetme që funksionon me një ritëm më të lartë përsëritjeje (1 Hz) e përforcon pulsin e cicëruar në dhjetëra xhaul (2 në figurën 1). Pulsi përforcohet më tej nga Booster 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 nga 12 pulset e dritës së cicëruar përforcohet në nivelin e kiloxhaulit (5 në figurën 1) dhe më pas kompresohet nga 12 grila kompresimi (GC prej 6 në Figurën 1). Filtri i shpërndarjes i programueshëm akusto-optik përdoret në pjesën e përparme për të kontrolluar me saktësi shpërndarjen e shpejtësisë së grupit dhe shpërndarjen e rendit të lartë, në mënyrë që të merret gjerësia më e vogël e mundshme e pulsit. Spektri i pulsit ka një formë të supergausit 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 kufitar të transformimit Fourier prej 17 fs. Duke marrë parasysh kompensimin jo të plotë të dispersionit dhe vështirësinë e kompensimit jolinear të fazës në amplifikatorët parametrikë, gjerësia e pritur e impulsit është 20 fs.
Lazeri XCELS do të përdorë dy module të dyfishimit të frekuencës së lazerit me qelq neodymium me 8 kanale UFL-2M (3 në figurën 1), nga të cilat 13 kanale do të përdoren për të pompuar OPCPA përforcues dhe 12 OPCPA përfundimtare. Tre kanalet e mbetura do të përdoren si kiloxhaul të pavarur nanosekondiburimet lazerpër eksperimente të tjera. I kufizuar nga pragu i prishjes optike të kristaleve DKDP, intensiteti i rrezatimit të pulsit të pompuar është vendosur në 1,5 GW/cm2 për çdo kanal dhe kohëzgjatja është 3,5 ns.
Çdo kanal i lazerit XCELS prodhon impulse me fuqi 50 PW. Një total prej 12 kanalesh ofrojnë një fuqi totale dalëse prej 600 PW. Në dhomën kryesore të synuar, intensiteti maksimal i fokusimit të çdo kanali në kushte ideale është 0,44×1025 W/cm2, duke supozuar se elementët e fokusimit F/1 përdoren për fokusim. Nëse pulsi i çdo kanali kompresohet më tej në 2,6 fs me teknikën e post-ngjeshjes, fuqia përkatëse e impulsit 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 dalje 600 PW, pulset e dritës në 12 kanalet do të fokusohen në gjeometrinë e rrezatimit të dipolit të kundërt, siç tregohet në figurën 2. Kur faza e pulsit në çdo kanal nuk është e kyçur, intensiteti i fokusit mund të arrijnë 9×1025 W/cm2. Nëse çdo fazë pulsi është e kyçur dhe e sinkronizuar, intensiteti koherent i dritës rezultante do të rritet në 3,2×1026 W/cm2. Përveç dhomës kryesore të synuar, projekti XCELS përfshin deri në 10 laboratorë përdorues, secili merr një ose më shumë rreze për eksperimente. Duke përdorur këtë fushë drite jashtëzakonisht të fortë, projekti XCELS planifikon të kryejë eksperimente në katër kategori: procese elektrodinamike kuantike në fusha intensive lazer; Prodhimi dhe përshpejtimi i grimcave; Gjenerimi i rrezatimit elektromagnetik sekondar; Astrofizika laboratorike, procese me densitet të lartë të energjisë dhe kërkime diagnostikuese.
FIG. 2 Fokusimi i gjeometrisë në dhomën kryesore të synuar. Për qartësi, pasqyra parabolike e rrezes 6 është vendosur në transparente, dhe rrezet hyrëse dhe dalëse 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 klimatizimi ndodhen ne bodrum. Sipërfaqja totale e ndërtimit është më shumë se 24,000 m2. Konsumi total 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 mbi dy themele të shkëputura. Vakuumi dhe sistemet e tjera nxitëse të dridhjeve janë instaluar në themelin e izoluar nga dridhjet, në mënyrë që amplituda e shqetësimit të transmetuar në sistemin lazer përmes themelit dhe mbështetjes të reduktohet në më pak se 10-10 g2/Hz në diapazonin e frekuencës prej 1-200 Hz. Për më tepër, një rrjet shënuesish referimi gjeodezik është ngritur në sallën e lazerit për të monitoruar sistematikisht lëvizjen e tokës dhe pajisjeve.
Projekti XCELS synon të krijojë një strukturë të madhe kërkimore shkencore të bazuar në lazerë me fuqi jashtëzakonisht të lartë. Një kanal i sistemit lazer XCELS mund të sigurojë një intensitet të fokusuar të dritës disa herë më të lartë se 1024 W/cm2, i cili mund të tejkalohet më tej me 1025 W/cm2 me teknologjinë e post-ngjeshjes. Me anë të impulseve të fokusimit në dipol nga 12 kanale në sistemin lazer, mund të arrihet një intensitet afër 1026 W/cm2 edhe pa bllokim pas kompresimit dhe fazor. Nëse sinkronizimi fazor ndërmjet kanaleve është i kyçur, intensiteti i dritës do të jetë disa herë më i lartë. Duke përdorur këto intensitete rekord pulsi dhe strukturën e rrezeve me 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 të diagnostikojë ndërveprimet duke përdorur rreze lazer me shumë kanale dhe rrezatim dytësor. Kjo do të luajë një rol unik në fushën e fizikës eksperimentale të fushës elektromagnetike super të fortë.
Koha e postimit: Mar-26-2024