Kohët e fundit, Instituti i Fizikës së Aplikuar i Akademisë Ruse të Shkencave prezantoi Qendrën eXawatt për Studimin e Dritës Ekstreme (XCELS), një program kërkimor për pajisje të mëdha shkencore të bazuara në jashtëzakonisht...lazerë me fuqi të lartëProjekti përfshin ndërtimin e njëlazer me fuqi të lartëbazuar në teknologjinë e amplifikimit të pulsit të çirpur optik parametrik në kristale të fosfatit të dideuteriumit të kaliumit (DKDP, formula kimike KD2PO4) me hapje të madhe, me një prodhim total të pritur prej 600 pulsesh të fuqisë maksimale PW. Ky punim 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 ultra të forta të fushës së dritës.
Programi XCELS u propozua në vitin 2011 me qëllimin fillestar për të arritur një fuqi maksimale.lazerprodhim pulsi prej 200 PW, i cili aktualisht është përmirësuar në 600 PW.sistem lazerimbështetet në tre teknologji kryesore:
(1) Teknologjia e Amplifikimit të Pulsit me Çirpe Optik Parametrik (OPCPA) përdoret në vend të teknologjisë tradicionale të Amplifikimit të Pulsit me Çirpe (Amplifikimi i Pulsit me Çirpe, OPCPA). CPA);
(2) Duke përdorur DKDP si medium përforcues, përputhja e fazës me brez ultra të gjerë realizohet afër gjatësisë së valës 910 nm;
(3) Një lazer qelqi neodimi me hapje të madhe me një energji pulsi prej mijëra xhulësh përdoret për të pompuar një amplifikator parametrik.
Përputhja e fazës me brez ultra të gjerë gjendet gjerësisht në shumë kristale dhe përdoret në lazerët femtosekondë OPCPA. Kristalet DKDP përdoren sepse ato janë i vetmi material i gjetur në praktikë që mund të rritet në dhjetëra centimetra aperturë dhe në të njëjtën kohë kanë cilësi optike të pranueshme për të mbështetur amplifikimin e fuqisë shumë-PW.lazerëtËshtë zbuluar se kur kristali DKDP pompohet nga drita me frekuencë të dyfishtë të lazerit të qelqit ND, nëse gjatësia e valës bartëse e 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. Pjesa e përparme gjeneroi pulse femtosekondash cicërimash me një gjatësi vale qendrore prej 910 nm (1.3 në Figurën 1) dhe pulse nanosekondash 1054 nm të injektuara në lazerin e pompuar OPCPA (1.1 dhe 1.2 në Figurën 1). Pjesa e përparme gjithashtu siguron sinkronizimin e këtyre pulseve, si dhe parametrat e kërkuar të energjisë dhe hapësirës kohore. Një OPCPA e ndërmjetme që vepron me një shpejtësi më të lartë përsëritjeje (1 Hz) amplifikon pulsin cicërimash në dhjetëra xhaul (2 në Figurën 1). Pulsi amplifikohet më tej nga OPCPA përforcuese në një rreze të vetme kilojouli dhe ndahet në 12 nën-rreze identike (4 në Figurën 1). Në 12 OPCPA-të përfundimtare, secili prej 12 pulseve të dritës cicërimash amplifikohet në nivelin kilojouli (5 në Figurën 1) dhe më pas kompresohet nga 12 rrjeta kompresimi (GC prej 6 në Figurën 1). Filtri i programueshëm i shpërndarjes akusto-optike 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 pothuajse të supergausit të rendit të 12-të, dhe gjerësia e brezit spektral në 1% të vlerës maksimale është 150 nm, që korrespondon me gjerësinë kufitare të pulsit të transformimit Furier prej 17 fs. Duke marrë parasysh kompensimin e paplotë të shpërndarjes dhe vështirësinë e kompensimit jolinear të fazës në amplifikatorët parametrikë, gjerësia e pritur e pulsit është 20 fs.
Lazeri XCELS do të përdorë dy module dyfishimi të frekuencës së lazerit prej qelqi neodimi UFL-2M me 8 kanale (3 në Figurën 1), nga të cilat 13 kanale do të përdoren për të pompuar OPCPA-në përforcuese dhe 12 OPCPA përfundimtare. Tre kanalet e mbetura do të përdoren si kilojule të pavarura nanosekondash të pulsuara.burime lazeripër eksperimente të tjera. I kufizuar nga pragu i zbërthimit optik 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.
Çdo kanal i lazerit XCELS prodhon impulse me një fuqi prej 50 PW. Një total prej 12 kanalesh ofrojnë një fuqi dalëse totale prej 600 PW. Në dhomën kryesore të shënjestrës, intensiteti maksimal i fokusimit të secilit kanal në kushte ideale është 0.44×1025 W/cm2, duke supozuar se elementët e fokusimit F/1 përdoren për fokusim. Nëse pulsi i secilit kanal kompresohet më tej në 2.6 fs me anë të teknikës së post-kompresimit, fuqia përkatëse e pulsit dalës 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 drite, me një dalje prej 600 PW, pulset e dritës në 12 kanalet do të fokusohen në gjeometrinë e rrezatimit dipolar invers, siç tregohet në Figurën 2. Kur faza e pulsit në secilin kanal nuk është e bllokuar, intensiteti i fokusit mund të arrijë 9×1025 W/cm2. Nëse secila fazë pulsi është e bllokuar dhe e sinkronizuar, intensiteti koherent i dritës që rezulton do të rritet në 3.2×1026 W/cm2. Përveç dhomës kryesore të synuar, projekti XCELS përfshin deri në 10 laboratorë përdoruesish, secili prej të cilëve 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 të elektrodinamikës kuantike në fusha intensive lazeri; Prodhimi dhe përshpejtimi i grimcave; Gjenerimi i rrezatimit elektromagnetik sekondar; Astrofizika laboratorike, procese me dendësi të lartë energjie dhe kërkime diagnostikuese.
FIG. 2 Gjeometria e fokusimit në dhomën kryesore të shënjestrës. 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 e vakumit, trajtimi i ujit, pastrimi dhe kondicionimi i ajrit janë të vendosura në 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 brendshme e zbrazët dhe një seksion i jashtëm, secila e ndërtuar mbi dy themele të shkëputura. Sistemet e vakumit 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 themelit dhe mbështetëses të reduktohet në më pak se 10-10 g2/Hz në diapazonin e frekuencave 1-200 Hz. Përveç kësaj, një rrjet shënjuesish referimi gjeodezikë është vendosur në sallën e lazerit për të monitoruar sistematikisht zhvendosjen e tokës dhe pajisjeve.
Projekti XCELS synon të krijojë një strukturë të madhe kërkimore shkencore bazuar në lazerë me fuqi jashtëzakonisht të lartë maksimale. Një kanal i sistemit lazer XCELS mund të ofrojë një intensitet drite të fokusuar disa herë më të lartë se 1024 W/cm2, i cili mund të tejkalohet më tej me 1025 W/cm2 me teknologjinë e post-kompresimit. Me anë të pulseve të fokusuara në dipole nga 12 kanale në sistemin lazer, një intensitet afër 1026 W/cm2 mund të arrihet edhe pa post-kompresim dhe bllokim faze. Nëse sinkronizimi i fazës midis kanaleve është i bllokuar, intensiteti i dritës do të jetë disa herë më i lartë. Duke përdorur këto intensitete rekord të pulseve dhe paraqitjen e rrezes shumëkanalëshe, struktura e ardhshme 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 shumëkanalëshe dhe rrezatim sekondar. Kjo do të luajë një rol unik në fushën e fizikës eksperimentale të fushës elektromagnetike super të fortë.
Koha e postimit: 26 Mars 2024