Nemrégiben az Orosz Tudományos Akadémia Alkalmazott Fizikai Intézete bemutatta az Exawatt Extreme Light Study Center (XCELS) központját, egy nagy tudományos eszközök kutatási programját, amely rendkívül rendkívüli alapúnagy teljesítményű lézerek- A projekt magában foglalja a nagyonnagy teljesítményű lézerAz optikai parametrikus csikírozott impulzus -amplifikációs technológia alapján nagy rekeszkálium -dideutérium -foszfát (DKDP, kémiai képlet KD2PO4) kristályok alapján, a várható teljes teljesítmény 600 PW csúcs teljesítmény impulzus. Ez a munka fontos részleteket és kutatási eredményeket nyújt az XCELS projektről és annak lézerrendszereiről, leírva az ultra-strong fénymező kölcsönhatásokhoz kapcsolódó alkalmazásokat és lehetséges hatásokat.
Az XCELS programot 2011 -ben javasolták azzal a kezdeti céllal, hogy elérjék a csúcsteljesítménytlézer200 PW impulzuskimenet, amelyet jelenleg 600 pw -ra frissítenek. AzlézerrendszerHárom kulcsfontosságú technológiára támaszkodik:
(1) Az optikai parametrikus csikírozott impulzus -amplifikáció (OPCPA) technológiát használják a hagyományos csirított impulzus -amplifikáció helyett (Chirped Pulse erősítés, OPCPA). CPA) technológia;
(2) A DKDP -t használó tápközegként, az ultraszéli fázis -illesztést 910 nm hullámhosszon valósítják meg;
(3) Egy nagy rekesz neodímium üveg lézert, amelynek ezer joule impulzus energiája van egy paraméteres erősítő szivattyúzásához.
Az ultraszalagos fázis-illesztés sok kristályban széles körben megtalálható, és az OPCPA femtosekundumos lézerekben használják. A DKDP kristályokat azért használják, mert ezek az egyetlen olyan anyag, amely a gyakorlatban található, és amely több tíz centiméter rekesznyílásra termeszthető, és ugyanakkor elfogadható optikai tulajdonságokkal rendelkezik a multi-PW teljesítmény amplifikációjának támogatásáralézer- Megállapítást nyert, hogy amikor a DKDP kristályt az ND üveg lézer kettős frekvenciájú fényében szivattyúzzák, ha az amplifikált impulzus hordozóhullámhossza 910 nm, akkor a hullámvektor -eltérés Taylor tágulásának első három kifejezése 0.
Az 1. ábra az XCELS lézerrendszer vázlatos elrendezése. Az elülső vég generált csirított femtoszekundás impulzusokat, amelyek középső hullámhossza 910 nm (1,3 az 1. ábrán) és 1054 nm nanosekundumos impulzusokkal injektált az OPCPA szivattyúzott lézerbe (1.1 és 1.2 az 1. ábrán). Az elülső vég biztosítja ezen impulzusok szinkronizálását, valamint a szükséges energiát és a térbeli időbeli paramétereket. Egy köztes OPCPA, amely magasabb ismétlési sebességgel (1 Hz) működik, a csikírozott impulzust tíz Joule -ra erősíti (2 az 1. ábrán). Az impulzust az Booster OPCPA tovább erősíti egyetlen kilojoule-sugárba, és 12 azonos alcsoportra osztja (az 1. ábrán 4). Az utolsó 12 OPCPA -ban a 12 csikcolt fényimpulzus mindegyikét kilojoule szintre erősítik (5 az 1. ábrán), majd 12 kompressziós rácskal összenyomva (GC 6 az 1. ábrán). Az acousto-optikai programozható diszperziós szűrőt az elülső végén használják a csoport sebességének diszperziójának és a magas rendű diszperziónak a pontos szabályozására, hogy a lehető legkisebb impulzusszélességet kapjuk. Az impulzus spektrum alakja közel 12. rendű szupergauss, és a maximális érték 1% -ánál a spektrális sávszélesség 150 nm, ami megfelel a Fourier transzformációs limit impulzus szélességének. Figyelembe véve a nem teljes diszperziós kompenzációt és a nemlineáris fáziskompenzáció nehézségét a parametrikus erősítőkben, a várt impulzusszélesség 20 fs.
Az Xcels lézer két 8-csatornás UFL-2M neodímium üveg lézerfrekvenciás duplázó modult fog alkalmazni (3 az 1. ábrán), ebből 13 csatornát használnak az Booster OPCPA és a 12 végső OPCPA pumpálására. A fennmaradó három csatornát független nanoszekundumos kilojoule impulzusként fogják használnilézerforrásokMás kísérletekhez. A DKDP kristályok optikai bontási küszöbértékével korlátozva, a szivattyúzott impulzus besugárzási intenzitását minden csatornán 1,5 GW/cm2 -re állítják, és az időtartam 3,5 ns.
Az XCELS lézer minden csatornája 50 PW teljesítményű impulzusokat eredményez. Összesen 12 csatorna biztosítja a teljes kimeneti teljesítményt 600 pw. A fő célkamrában az egyes csatornák maximális fókuszálási intenzitása ideális körülmények között 0,44 × 1025 W/cm2, feltételezve, hogy az f/1 fókuszáló elemeket a fókuszáláshoz használják. Ha az egyes csatornák impulzusát a kompresszió utáni technikával tovább tömörítik 2,6 fs-ra, akkor a megfelelő kimeneti impulzusteljesítmény 230 pw-ra növekszik, ami megfelel a 2,0 × 1025 W/cm2 fényintenzitásnak.
A nagyobb fényintenzitás elérése érdekében a 600 pw -os kimenetnél a 12 csatornán lévő fényimpulzusok az inverz dipól sugárzás geometriájában fókuszálnak, amint azt a 2. ábra mutatja. Ha az egyes csatornák impulzusos fázisa nem záródik, a fókuszintenzitás elérheti a 9 × 1025 W/cm2 -t. Ha az egyes impulzusfázisok bezáródnak és szinkronizálódnak, akkor a koherens eredményes fényintenzitás 3,2 × 1026 W/cm2 -re növekszik. A fő célszobán kívül az XCELS projekt legfeljebb 10 felhasználói laboratóriumot tartalmaz, amelyek mindegyike egy vagy több gerendát kap a kísérletekhez. Ennek a rendkívül erős fénymezőnek a felhasználásával az XCELS projekt négy kategóriában kísérleteket tervez: kvantumelektrodinamikai folyamatok intenzív lézermezőkön; A részecskék előállítása és gyorsulása; A másodlagos elektromágneses sugárzás előállítása; Laboratóriumi asztrofizika, nagy energia sűrűségű folyamatok és diagnosztikai kutatások.
FÜGE. 2 A geometria fókuszálása a fő célkamrában. Az érthetőség kedvéért a 6 -os gerenda parabolikus tükörét átlátszóra állítják, a bemeneti és kimeneti gerendák pedig csak két 1 és 7 csatornát mutatnak
A 3. ábra az XCELS lézerrendszer minden funkcionális területének térbeli elrendezését mutatja a kísérleti épületben. Az alagsorban villamos energia, vákuumszivattyúk, vízkezelés, tisztítás és légkondicionálás található. A teljes építési terület több mint 24 000 m2. A teljes energiafogyasztás körülbelül 7,5 MW. A kísérleti épület egy belső üreges teljes keretből és egy külső szakaszból áll, amelyek mindegyike két elkülönített alapra épül. A vákuumot és más rezgést kiváltó rendszereket a rezgés-izolált alapra telepítik, így az alapon és a tartóban a lézerrendszerbe továbbított zavar amplitúdója kevesebb, mint 10-10 G2/Hz-re csökken az 1-200 Hz frekvenciatartományban. Ezenkívül a lézercsarnokban egy geodéziai referencia -markerek hálózatát állítják be, hogy szisztematikusan ellenőrizzék a talaj és a berendezés sodródását.
Az XCELS projekt célja egy nagy tudományos kutatási létesítmény létrehozása, amely rendkívül magas csúcsteljesítményű lézereken alapul. Az XCELS lézerrendszer egyik csatornája többször is 1024 W/CM2-nél nagyobb fókuszált fényintenzitást biztosíthat, amelyet továbbléphet 1025 tömeg/cm2-rel az kompressziós technológiával. A lézerrendszer 12 csatornájából származó dipól-fókuszú impulzusok révén a 1026 W/cm2 közelében lévő intenzitás még a kompresszió utáni és a fázisrögzítés nélkül is elérhető. Ha a csatornák közötti fázisszinkronizálás bezáródik, a fényintenzitás többször is magasabb lesz. Ezeknek a rekordszintű impulzusintenzitásnak és a többcsatornás gerenda elrendezésének felhasználásával a jövőbeli XCELS létesítmény rendkívül nagy intenzitású, összetett fénymező-eloszlásokkal és interakciók diagnosztizálására képes többcsatornás lézersugár és másodlagos sugárzás segítségével. Ez egyedülálló szerepet fog játszani a szuper erős elektromágneses mező kísérleti fizika területén.
A postai idő: március-26-2024