Riċentement, l-Istitut tal-Fiżika Applikata tal-Akkademja tax-Xjenzi Russa introduċa l-Exawatt Centre for Extreme Light Study (XCELS), programm ta ’riċerka għal apparat xjentifiku kbir ibbażat fuq estremamentLejżers ta 'qawwa għolja- Il-proġett jinkludi l-kostruzzjoni ta 'ħafnaLaser ta 'qawwa għoljaIbbażat fuq teknoloġija ta 'amplifikazzjoni tal-polz parametriku ottiku b'amplifikazzjoni ta' apertura kbira ta 'potassju fosfat (DKDP, formula kimika KD2PO4), bi produzzjoni totali mistennija ta' 600 impulsi tal-qawwa tal-quċċata PW. Dan ix-xogħol jipprovdi dettalji importanti u sejbiet ta 'riċerka dwar il-proġett XCELS u s-sistemi tal-lejżer tiegħu, li jiddeskrivu l-applikazzjonijiet u l-impatti potenzjali relatati ma' interazzjonijiet ta 'kamp ħafif ultra-qawwi.
Il-programm XCELS ġie propost fl-2011 bl-għan inizjali li tinkiseb l-ogħla poterLaserProduzzjoni tal-polz ta '200 PW, li bħalissa hija aġġornata għal 600 PW. TagħhaSistema tal-lejżertistrieħ fuq tliet teknoloġiji ewlenin:
(1) It-teknoloġija tal-amplifikazzjoni tal-polz parametriku ottiku (OPCPA) tintuża minflok l-amplifikazzjoni tradizzjonali tal-polz chirped (amplifikazzjoni tal-polz chirped, OPCPA). CPA) teknoloġija;
(2) bl-użu ta 'DKDP bħala l-medju tal-qligħ, it-tqabbil tal-fażi ultra broadband huwa realizzat qrib it-tul ta' mewġa ta '910 nm;
(3) Laser tal-ħġieġ tan-neodimju b'apertura kbira b'enerġija tal-polz ta 'eluf ta' joules tintuża biex tippompja amplifikatur parametriku.
It-tqabbil tal-fażi ultra-wiesgħa jinstab ħafna f'ħafna kristalli u jintuża fil-lejżers femtosekondi 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 bid-dawl ta 'frekwenza doppja tal-laser tal-ħġieġ ND, jekk it-tul ta' mewġa tat-trasportatur tal-polz amplifikat huwa 910 nm, l-ewwel tliet termini tal-espansjoni Taylor tat-tfixkil tal-vettur tal-mewġ huma 0.
Il-Figura 1 hija tqassim skematiku tas-sistema tal-lejżer XCELS. It-tarf ta 'quddiem iġġenera impulsi femtosekondi chirped b'tul ta' mewġa ċentrali ta '910 nm (1.3 fil-Figura 1) u 1054 nm impulsi nanosekondi injettati fil-laser ippumpjat OPCPA (1.1 u 1.2 fil-Figura 1). It-tarf ta 'quddiem jiżgura wkoll is-sinkronizzazzjoni ta' dawn l-impulsi kif ukoll l-enerġija meħtieġa u l-parametri spazjotemporali. OPCPA intermedju li jopera b'rata ta 'ripetizzjoni ogħla (1 Hz) jamplifika l-polz imqaxxar 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 sotto-raġġ identiċi (4 fil-Figura 1). Fl-aħħar 12 OPCPA, kull waħda mit-12-il impulsi tad-dawl imqattgħin hija amplifikata għal-livell ta 'kilojoule (5 fil-Figura 1) u mbagħad ikkompressata 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 jinkiseb l-iżgħar wisa' possibbli tal-polz. L-ispettru tal-polz għandu forma ta 'kważi 12-il ordni ta' Supergauss, u l-wisa 'tal-frekwenza spettrali f'1% tal-valur massimu huwa ta' 150 nm, li jikkorrispondi għall-wisa 'tal-polz tat-trasformazzjoni ta' Fourier ta '17 fs. Meta wieħed iqis il-kumpens ta 'tixrid mhux komplut u d-diffikultà ta' kumpens tal-fażi mhux lineari fl-amplifikaturi parametriċi, il-wisa 'tal-polz mistenni hija ta' 20 fs.
Il-laser XCELS se jimpjega żewġ moduli ta 'rduppjar tal-frekwenza tal-lejżer tal-ħġieġ NeoDymium ta' 8 kanali UFL-2M (3 fil-Figura 1), li minnhom 13-il kanal se jintużaw biex jippompjaw il-booster OPCPA u t-12-il OPCPA finali. It-tliet kanali li jifdal se jintużaw bħala kilojoule nanosekonda indipendenti pulsatiSorsi tal-lejżergħal esperimenti oħra. Limitat mil-limitu ta 'tqassim ottiku tal-kristalli DKDP, l-intensità ta' l-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-laser XCELS jipproduċi impulsi b'qawwa ta '50 PW. Total ta '12 -il kanal jipprovdu qawwa totali tal-ħruġ ta '600 PW. Fil-kamra tal-mira ewlenija, l-intensità massima ta 'fokus ta' kull kanal f'kundizzjonijiet ideali hija 0.44 × 1025 w / cm2, jekk wieħed jassumi li l-elementi li jiffokaw f / 1 jintużaw għall-iffokar. Jekk il-polz ta 'kull kanal huwa kompressat 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.
Sabiex tinkiseb intensità tad-dawl akbar, b'10 pw, l-impulsi tad-dawl fit-12-il kanal se jkunu ffokati fil-ġeometrija ta 'radjazzjoni dipole 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 / cm2. Jekk kull fażi tal-polz tkun imsakkra u sinkronizzata, l-intensità tad-dawl li tirriżulta koerenti tiżdied għal 3.2 × 1026 w / cm2. Minbarra l-kamra tal-mira ewlenija, il-proġett XCELS jinkludi sa 10 laboratorji tal-utent, kull wieħed jirċievi raġġ wieħed jew aktar għal esperimenti. Bl-użu ta 'dan il-qasam tad-dawl estremament qawwi, il-proġett XCELS jippjana li jwettaq esperimenti f'erba' kategoriji: proċessi ta 'elettrodinamiċità kwantistika f'oqsma intensi tal-lejżer; Il-produzzjoni u l-aċċellerazzjoni tal-partiċelli; Il-ġenerazzjoni ta 'radjazzjoni elettromanjetika sekondarja; Astrofiżika tal-laboratorju, proċessi ta 'densità għolja ta' enerġija u riċerka dijanjostika.
Fig. 2 li tiffoka l-ġeometrija fil-kamra tal-mira ewlenija. Għaċ-ċarezza, il-mera parabolika tar-raġġ 6 hija ssettjata għal trasparenti, u r-raġġi tal-input u l-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-kondizzjonament tal-arja jinsabu fil-kantina. L-erja 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. Il-vakwu u sistemi oħra li jinduċu l-vibrazzjoni huma installati fuq il-fondazzjoni iżolata mill-vibrazzjoni, sabiex l-amplitudni tat-tfixkil trasmessa lis-sistema tal-lejżer permezz tal-fondazzjoni u l-appoġġ titnaqqas għal inqas minn 10-10 G2 / Hz fil-firxa tal-frekwenza ta '1-200 Hz. Barra minn hekk, netwerk ta 'markaturi ta' referenza ġeodesiku huwa stabbilit fis-sala tal-lejżer biex jimmonitorja b'mod sistematiku d-drift tal-art u tat-tagħmir.
Il-proġett XCELS għandu l-għan li joħloq faċilità ta 'riċerka xjentifika kbira bbażata fuq lejżers tal-quċċata tal-quċċata estremament għolja. Kanal wieħed tas-sistema tal-lejżer XCELS jista 'jipprovdi intensità tad-dawl iffokata bosta drabi ogħla minn 1024 w / cm2, li tista' tinqabeż aktar b'1025 w / cm2 bit-teknoloġija ta 'wara l-kompressjoni. Permezz ta 'impulsi li jiffokaw id-dipole minn 12-il kanal fis-sistema tal-lejżer, intensità qrib 1026 w / cm2 tista' tinkiseb anke mingħajr wara l-kompressjoni u l-illokkjar tal-fażi. Jekk is-sinkronizzazzjoni tal-fażi bejn il-kanali tkun imsakkra, l-intensità tad-dawl tkun bosta drabi ogħla. Bl-użu ta 'dawn l-intensitajiet ta' polz li jkissru rekord u t-tqassim ta 'raġġ b'ħafna kanali, il-faċilità XCELs futuri se tkun tista' twettaq esperimenti b'intensità estremament għolja, distribuzzjonijiet ta 'kamp tad-dawl kumpless, u tiddijanjostika l-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 ta 'wara: Mar-26-2024