Riċentement, l-Istitut tal-Fiżika Applikata tal-Akkademja tax-Xjenzi Russa introduċa ċ-Ċentru eXawatt għall-Istudju tad-Dawl Estrem (XCELS), programm ta 'riċerka għal apparat xjentifiku kbir ibbażat fuq estremamentLejżers ta 'qawwa għolja. Il-proġett jinkludi l-kostruzzjoni ta 'ħafnalaser ta 'qawwa għoljaibbażata fuq teknoloġija ta 'amplifikazzjoni tal-polz chirped parametriċi ottiċi f'kristalli ta' fosfat ta 'didewterju tal-potassju b'apertura kbira (DKDP, formula kimika KD2PO4), bi produzzjoni totali mistennija ta' 600 impulsi ta 'qawwa massima PW. Dan ix-xogħol jipprovdi dettalji importanti u sejbiet tar-riċerka dwar il-proġett XCELS u s-sistemi tal-laser tiegħu, li jiddeskrivi l-applikazzjonijiet u l-impatti potenzjali relatati ma 'interazzjonijiet ta' kamp tad-dawl ultra-qawwi.
Il-programm XCELS ġie propost fl-2011 bl-għan inizjali li tinkiseb l-ogħla qawwalaseroutput tal-polz ta '200 PW, li bħalissa huwa aġġornat għal 600 PW. Tagħhasistema tal-laserjiddependi fuq tliet teknoloġiji ewlenin:
(1) It-teknoloġija tal-Amplifikazzjoni tal-Impuls Chirped Parametriku Ottiku (OPCPA) tintuża minflok l-Amplifikazzjoni tal-Impuls Chirped tradizzjonali (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). teknoloġija CPA);
(2) Bl-użu ta 'DKDP bħala l-medju ta' gwadann, it-tqabbil tal-fażi ultra wideband huwa realizzat qrib 910 nm wavelength;
(3) Lejżer tal-ħġieġ tan-neodimju b'apertura kbira b'enerġija tal-polz ta 'eluf ta' joules jintuża biex tippompja amplifikatur parametriku.
It-tqabbil tal-fażi ultra-wideband jinsab ħafna f'ħafna kristalli u jintuża f'lasers femtosecond OPCPA. Il-kristalli DKDP jintużaw minħabba li huma l-uniku materjal misjub fil-prattika li jista 'jitkabbar għal għexieren ta' ċentimetri ta 'apertura u fl-istess ħin għandhom kwalitajiet ottiċi aċċettabbli biex jappoġġjaw l-amplifikazzjoni tal-qawwa multi-PWlejżers. Jinstab li meta l-kristall DKDP jiġi ppumpjat mid-dawl ta 'frekwenza doppja tal-laser tal-ħġieġ ND, jekk it-tul ta' mewġ tal-ġarr tal-polz amplifikat huwa 910 nm, l-ewwel tliet termini tal-espansjoni ta 'Taylor tad-diskrepanza tal-vettur tal-mewġ huma 0.
Il-Figura 1 hija tqassim skematiku tas-sistema tal-lejżer XCELS. It-tarf ta 'quddiem iġġenerat impulsi femtosecond chirped b'tul ta' mewġ ċentrali ta '910 nm (1.3 fil-Figura 1) u impulsi nanosekondi 1054 nm injettati fil-laser ippumpjat OPCPA (1.1 u 1.2 fil-Figura 1). It-tarf ta 'quddiem jiżgura wkoll is-sinkronizzazzjoni ta' dawn il-polz kif ukoll l-enerġija meħtieġa u l-parametri spazjotemporali. OPCPA intermedju li jopera b'rata ta 'ripetizzjoni ogħla (1 Hz) jamplifika l-polz chirped għal għexieren ta' joules (2 fil-Figura 1). Il-polz huwa amplifikat aktar mill-Booster OPCPA f'raġġ ta 'kilojoule wieħed u maqsum fi 12-il sub-raġġ identiku (4 fil-Figura 1). Fit-12-il OPCPA finali, kull wieħed mit-12-il impuls tad-dawl chirped jiġi amplifikat għal-livell ta 'kilojoule (5 fil-Figura 1) u mbagħad ikkompressat bi 12-il gradilja ta' kompressjoni (GC ta '6 fil-Figura 1). Il-filtru ta 'dispersjoni programmabbli akusto-ottiku jintuża fit-tarf ta' quddiem biex jikkontrolla b'mod preċiż it-tixrid tal-veloċità tal-grupp u t-tixrid ta 'ordni għolja, sabiex tinkiseb l-iżgħar wisa' tal-polz possibbli. L-ispettru tal-polz għandu forma ta 'supergauss ta' kważi 12-il ordni, u l-wisa 'tal-frekwenza spettrali f'1% tal-valur massimu hija ta' 150 nm, li tikkorrispondi għall-wisa 'tal-polz tal-limitu tat-trasformazzjoni Fourier ta' 17 fs. Meta wieħed iqis il-kumpens ta 'dispersjoni mhux kompluta u d-diffikultà tal-kumpens tal-fażi mhux lineari f'amplifikaturi parametriċi, il-wisa' tal-polz mistennija hija 20 fs.
Il-lejżer XCELS se jimpjega żewġ moduli tal-irduppjar tal-frekwenza tal-lejżer tal-ħġieġ tan-neodimju UFL-2M bi 8 kanali (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 jifdal se jintużaw bħala nanosecond kilojoule indipendenti pulsatisorsi tal-lasergħal esperimenti oħra. Limitata mil-limitu ta 'tqassim 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 3.5 ns.
Kull kanal tal-lejżer XCELS jipproduċi impulsi b'qawwa ta '50 PW. Total ta '12-il kanal jipprovdu qawwa tal-ħruġ totali ta' 600 PW. Fil-kamra fil-mira prinċipali, l-intensità massima ta 'fokus ta' kull kanal taħt kundizzjonijiet ideali hija 0.44 × 1025 W / cm2, jekk wieħed jassumi li l-elementi ta 'fokus F / 1 jintużaw għall-iffukar. Jekk il-polz ta 'kull kanal jiġi kkompressat aktar għal 2.6 fs permezz ta' teknika ta 'wara l-kompressjoni, il-qawwa tal-polz tal-ħruġ korrispondenti tiżdied għal 230 PW, li tikkorrispondi għall-intensità tad-dawl ta' 2.0 × 1025 W / cm2.
Biex tinkiseb intensità tad-dawl akbar, f'output ta '600 PW, il-polz tad-dawl fit-12-il kanal se jkunu ffukati fil-ġeometrija tar-radjazzjoni dipol inversa, kif muri fil-Figura 2. Meta l-fażi tal-polz f'kull kanal ma tkunx imsakkra, l-intensità tal-fokus tista' tilħaq 9 × 1025 W / ċm2. Jekk kull fażi tal-polz hija msakkra u sinkronizzata, l-intensità tad-dawl li tirriżulta koerenti tiżdied għal 3.2 × 1026 W/cm2. Minbarra l-kamra fil-mira prinċipali, il-proġett XCELS jinkludi sa 10 laboratorji tal-utenti, kull wieħed jirċievi travi wieħed jew aktar għall-esperimenti. Bl-użu ta 'dan il-qasam tad-dawl estremament qawwi, il-proġett XCELS jippjana li jwettaq esperimenti f'erba' kategoriji: proċessi ta 'elettrodinamika kwantistika f'oqsma tal-laser intensi; 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 li tiffoka fil-kamra tal-mira prinċipali. Għaċ-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-laser XCELS fil-bini sperimentali. Elettriku, pompi tal-vakwu, trattament tal-ilma, purifikazzjoni u arja kondizzjonata jinsabu fil-kantina. L-erja totali tal-kostruzzjoni hija aktar minn 24,000 m2. Il-konsum totali ta 'enerġija huwa ta' madwar 7.5 MW. Il-bini sperimentali jikkonsisti f'qafas ġenerali vojt intern u sezzjoni esterna, kull waħda mibnija fuq żewġ pedamenti diżakkoppjati. Il-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 l-appoġġ titnaqqas għal inqas minn 10-10 g2/Hz fil-firxa tal-frekwenza ta ' 1-200 Hz. Barra minn hekk, netwerk ta 'markers ta' referenza ġeodeżiċi huwa stabbilit fis-sala tal-lejżer biex jimmonitorja b'mod sistematiku d-drift ta 'l-art u t-tagħmir.
Il-proġett XCELS għandu l-għan li joħloq faċilità kbira ta’ riċerka xjentifika bbażata fuq lasers ta’ qawwa massima estremament għolja. Kanal wieħed tas-sistema tal-lejżer XCELS jista 'jipprovdi intensità tad-dawl iffukata bosta drabi ogħla minn 1024 W/cm2, li tista' tinqabeż aktar b'1025 W/cm2 b'teknoloġija ta 'wara l-kompressjoni. Permezz ta 'impulsi li jiffokaw fuq id-dipole minn 12-il kanal fis-sistema tal-lejżer, tista' tinkiseb intensità qrib 1026 W/cm2 anke mingħajr post-kompressjoni u qfil tal-fażi. Jekk is-sinkronizzazzjoni tal-fażi bejn il-kanali hija msakkra, l-intensità tad-dawl tkun bosta drabi ogħla. Bl-użu ta 'dawn l-intensitajiet tal-polz li jkissru r-rekords u t-tqassim tar-raġġ b'ħafna kanali, il-faċilità futura XCELS tkun tista' twettaq esperimenti b'intensità estremament għolja, distribuzzjonijiet ta 'kamp tad-dawl kumplessi, u tiddijanjostika interazzjonijiet bl-użu ta' raġġi tal-laser b'ħafna kanali u radjazzjoni sekondarja. Dan se jkollu rwol uniku fil-qasam tal-fiżika sperimentali tal-kamp elettromanjetiku super-qawwi.
Ħin tal-post: Mar-26-2024