Dan l-aħħar, l-Istitut tal-Fiżika Applikata tal-Akkademja tax-Xjenzi Russa introduċa ċ-Ċentru eXawatt għall-Istudju tad-Dawl Estrem (XCELS), programm ta’ riċerka għal apparati xjentifiċi kbar ibbażati fuq dawl estremament...lejżers ta' qawwa għoljaIl-proġett jinkludi l-kostruzzjoni ta' post fermlejżer ta' qawwa għoljaibbażat fuq teknoloġija ta' amplifikazzjoni tal-impulsi ċirpjati parametriċi ottiċi fi kristalli tal-fosfat tal-potassju dideuterju (DKDP, formula kimika KD2PO4) b'apertura kbira, b'output totali mistenni ta' impulsi ta' qawwa massima ta' 600 PW. Dan ix-xogħol jipprovdi dettalji importanti u sejbiet ta' riċerka dwar il-proġett XCELS u s-sistemi tal-lejżer tiegħu, billi jiddeskrivi l-applikazzjonijiet u l-impatti potenzjali relatati ma' interazzjonijiet ta' kamp tad-dawl ultra-qawwija.
Il-programm XCELS ġie propost fl-2011 bil-għan inizjali li jinkiseb livell massimu ta' qawwalejżeroutput tal-impuls ta' 200 PW, li bħalissa huwa aġġornat għal 600 PW. Tagħhasistema tal-lejżerjiddependi fuq tliet teknoloġiji ewlenin:
(1) It-teknoloġija tal-Amplifikazzjoni tal-Pulsi Chirped Parametrika Ottika (OPCPA) tintuża minflok it-teknoloġija tradizzjonali tal-Amplifikazzjoni tal-Pulsi Chirped (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA);
(2) Bl-użu tad-DKDP bħala l-mezz tal-qligħ, it-tqabbil tal-fażi ultra wideband jiġi realizzat qrib it-tul tal-mewġa ta' 910 nm;
(3) Lejżer tal-ħġieġ tan-neodimju b'apertura kbira b'enerġija tal-polz ta' eluf ta' joules jintuża biex jippompja amplifikatur parametriku.
It-tqabbil tal-fażi ultra-wideband jinstab ħafna f'ħafna kristalli u jintuża fil-lejżers femtosekondi OPCPA. Il-kristalli DKDP jintużaw għaliex huma l-uniku materjal misjub fil-prattika li jista' jitkabbar sa għexieren ta' ċentimetri ta' apertura u fl-istess ħin ikollu kwalitajiet ottiċi aċċettabbli biex jappoġġja l-amplifikazzjoni tal-qawwa multi-PW.lejżersInstab li meta l-kristall DKDP jiġi ppumpjat bid-dawl ta' frekwenza doppja tal-lejżer tal-ħġieġ ND, jekk it-tul ta' mewġa tat-trasportatur tal-polz amplifikat huwa 910 nm, l-ewwel tliet termini tal-espansjoni ta' Taylor tad-diskrepanza tal-vettur tal-mewġa huma 0.
Figura 1 hija tqassim skematiku tas-sistema tal-lejżer XCELS. Il-parti ta' quddiem iġġenerat impulsi femtosekondi mqajma b'tul ta' mewġa ċentrali ta' 910 nm (1.3 fil-Figura 1) u impulsi ta' 1054 nm nanosekondi injettati fil-lejżer ippumpjat mill-OPCPA (1.1 u 1.2 fil-Figura 1). Il-parti ta' quddiem tiżgura wkoll is-sinkronizzazzjoni ta' dawn l-impulsi kif ukoll il-parametri tal-enerġija u spazjotemporali meħtieġa. OPCPA intermedju li jopera b'rata ta' ripetizzjoni ogħla (1 Hz) jamplifika l-impuls imqajma għal għexieren ta' joules (2 fil-Figura 1). L-impuls huwa amplifikat aktar mill-Booster OPCPA f'raġġ wieħed ta' kilojoule u maqsum fi 12-il sotto-raġġ identiċi (4 fil-Figura 1). Fl-aħħar 12-il OPCPA, kull wieħed mit-12-il impuls tad-dawl imqajma huwa amplifikat sal-livell ta' kilojoule (5 fil-Figura 1) u mbagħad ikkompressat minn 12-il gradilja ta' kompressjoni (GC ta' 6 fil-Figura 1). Il-filtru tad-dispersjoni programmabbli akusto-ottiku jintuża fil-front end biex jikkontrolla b'mod preċiż id-dispersjoni tal-veloċità tal-grupp u d-dispersjoni ta' ordni għolja, sabiex tinkiseb l-iżgħar wisa' tal-polz possibbli. L-ispettru tal-polz għandu forma ta' kważi supergauss tat-12-il ordni, u l-bandwidth spettrali f'1% tal-valur massimu hija 150 nm, li tikkorrispondi mal-wisa' tal-polz tal-limitu tat-trasformazzjoni ta' Fourier ta' 17 fs. Meta wieħed iqis il-kumpensazzjoni mhux kompluta tad-dispersjoni u d-diffikultà tal-kumpensazzjoni tal-fażi mhux lineari f'amplifikaturi parametriċi, il-wisa' tal-polz mistennija hija ta' 20 fs.
Il-lejżer XCELS se juża żewġ moduli tal-lejżer tal-ħġieġ tan-neodimju UFL-2M bi 8 kanali li jirdoppjaw il-frekwenza (3 fil-Figura 1), li minnhom 13-il kanal se jintużaw biex jippompjaw il-Booster OPCPA u 12-il OPCPA finali. It-tliet kanali li fadal se jintużaw bħala pulsazzjonijiet indipendenti ta' kilojoule nanosekondi.sorsi tal-lejżergħal esperimenti oħra. Limitata mil-limitu tat-tkissir ottiku tal-kristalli DKDP, l-intensità tal-irradjazzjoni tal-polz ippumpjat hija ssettjata għal 1.5 GW/cm2 għal kull kanal u t-tul huwa ta' 3.5 ns.
Kull kanal tal-lejżer XCELS jipproduċi impulsi b'qawwa ta' 50 PW. Total ta' 12-il kanal jipprovdu qawwa totali ta' ħruġ ta' 600 PW. Fil-kamra ewlenija tal-mira, l-intensità massima ta' ffukar ta' kull kanal taħt kundizzjonijiet ideali hija 0.44×1025 W/cm2, jekk nassumu li elementi ta' ffukar F/1 jintużaw għall-iffukar. Jekk l-impuls ta' kull kanal jiġi kkompressat aktar għal 2.6 fs permezz tat-teknika ta' wara l-kompressjoni, il-qawwa tal-impuls ta' ħruġ korrispondenti tiżdied għal 230 PW, li tikkorrispondi għall-intensità tad-dawl ta' 2.0×1025 W/cm2.
Biex tinkiseb intensità tad-dawl akbar, b'output ta' 600 PW, il-pulsijiet tad-dawl fit-12-il kanal se jkunu ffukati fil-ġeometrija tar-radjazzjoni tad-dipol invers, kif muri fil-Figura 2. Meta l-fażi tal-pulsazzjoni f'kull kanal ma tkunx imsakkra, l-intensità tal-fokus tista' tilħaq 9×1025 W/cm2. Jekk kull fażi tal-pulsazzjoni tkun imsakkra u sinkronizzata, l-intensità tad-dawl koerenti li tirriżulta tiżdied għal 3.2×1026 W/cm2. Minbarra l-kamra ewlenija fil-mira, il-proġett XCELS jinkludi sa 10 laboratorji tal-utenti, li kull wieħed jirċievi raġġ wieħed jew aktar għal esperimenti. Bl-użu ta' dan il-kamp tad-dawl estremament qawwi, il-proġett XCELS jippjana li jwettaq esperimenti f'erba' kategoriji: proċessi ta' elettrodinamika kwantistika f'kampi intensi tal-lejżer; Il-produzzjoni u l-aċċelerazzjoni tal-partiċelli; Il-ġenerazzjoni ta' radjazzjoni elettromanjetika sekondarja; Astrofiżika tal-laboratorju, proċessi ta' densità għolja ta' enerġija u riċerka dijanjostika.
FIG. 2 Ġeometrija tal-iffukar fil-kamra ewlenija tal-mira. Għal aktar ċarezza, il-mera parabolika tar-raġġ 6 hija ssettjata għal trasparenti, u r-raġġi tad-dħul u tal-ħruġ juru biss żewġ kanali 1 u 7.
Il-Figura 3 turi t-tqassim spazjali ta' kull żona funzjonali tas-sistema tal-lejżer XCELS fil-bini sperimentali. L-elettriku, il-pompi tal-vakwu, it-trattament tal-ilma, il-purifikazzjoni u l-arja kkundizzjonata jinsabu fil-kantina. Iż-żona totali tal-kostruzzjoni hija aktar minn 24,000 m2. Il-konsum totali tal-enerġija huwa ta' madwar 7.5 MW. Il-bini sperimentali jikkonsisti minn qafas ġenerali vojt intern u sezzjoni esterna, kull waħda mibnija fuq żewġ pedamenti diżakkoppjati. Is-sistemi tal-vakwu u sistemi oħra li jinduċu l-vibrazzjoni huma installati fuq il-pedament iżolat mill-vibrazzjoni, sabiex l-amplitudni tad-disturb trażmess lis-sistema tal-lejżer permezz tal-pedament u s-sapport titnaqqas għal inqas minn 10-10 g2/Hz fil-medda ta' frekwenza ta' 1-200 Hz. Barra minn hekk, netwerk ta' markaturi ta' referenza ġeodetiċi huwa stabbilit fis-sala tal-lejżer biex jimmonitorja sistematikament id-drift tal-art u t-tagħmir.
Il-proġett XCELS għandu l-għan li joħloq faċilità kbira ta’ riċerka xjentifika bbażata fuq lejżers b’qawwa massima estremament għolja. Kanal wieħed tas-sistema tal-lejżer XCELS jista’ jipprovdi intensità tad-dawl iffukata diversi drabi ogħla minn 1024 W/cm2, li tista’ tinqabeż aktar b’1025 W/cm2 bit-teknoloġija ta’ wara l-kompressjoni. Permezz tal-impulsi li jiffokaw fuq id-dipole minn 12-il kanal fis-sistema tal-lejżer, tista’ tinkiseb intensità qrib l-1026 W/cm2 anke mingħajr wara l-kompressjoni u l-illokkjar tal-fażi. Jekk is-sinkronizzazzjoni tal-fażi bejn il-kanali tkun illokkjata, l-intensità tad-dawl tkun diversi drabi ogħla. Bl-użu ta’ dawn l-intensitajiet tal-impulsi li jiksru r-rekords u t-tqassim tar-raġġ b’ħafna kanali, il-faċilità futura tal-XCELS se tkun tista’ twettaq esperimenti b’intensità estremament għolja, distribuzzjonijiet kumplessi tal-kamp tad-dawl, u tiddijanjostika interazzjonijiet bl-użu ta’ raġġi tal-lejżer b’ħafna kanali u radjazzjoni sekondarja. Dan se jkollu rwol uniku fil-qasam tal-fiżika sperimentali tal-kamp elettromanjetiku super-qawwi.
Ħin tal-posta: 26 ta' Marzu 2024