Bubar, Institut Fisika Terapan saka Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia ngenalake eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), program riset kanggo piranti ilmiah gedhe adhedhasar banget.laser daya dhuwur. Proyèk kalebu construction saka bangetlaser daya dhuwuradhedhasar teknologi amplifikasi pulsa parametrik optik ing kristal kalium dideuterium fosfat aperture gedhe (DKDP, rumus kimia KD2PO4), kanthi output total 600 PW pulsa daya puncak. Karya iki menehi katrangan penting lan temuan riset babagan proyek XCELS lan sistem laser, njlentrehake aplikasi lan dampak potensial sing ana gandhengane karo interaksi lapangan cahya sing kuwat banget.
Program XCELS diusulake ing 2011 kanthi tujuan awal kanggo nggayuh kekuwatan puncaklaseroutput pulsa saka 200 PW, kang saiki nganyari kanggo 600 PW. Sawijiningsistem lasergumantung ing telung teknologi utama:
(1) Teknologi Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) digunakake tinimbang tradisional Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) teknologi;
(2) Nggunakake DKDP minangka medium gain, ultra wideband phase cocog temen maujud cedhak 910 nm dawa gelombang;
(3) Laser kaca neodymium aperture gedhe kanthi energi pulsa ewu joule digunakake kanggo ngompa amplifier parametrik.
Pencocokan fase ultra-wideband ditemokake ing pirang-pirang kristal lan digunakake ing laser femtosecond OPCPA. Kristal DKDP digunakake amarga mung materi sing ditemokake ing praktik sing bisa ditanam nganti puluhan sentimeter saka aperture lan ing wektu sing padha nduweni kualitas optik sing bisa ditampa kanggo ndhukung amplifikasi daya multi-PW.laser. Ditemokake yen kristal DKDP dipompa dening cahya frekuensi ganda saka laser kaca ND, yen dawa gelombang pembawa pulsa sing digedhèkaké yaiku 910 nm, telung istilah pisanan saka ekspansi Taylor saka mismatch vektor gelombang yaiku 0.
Gambar 1 minangka tata letak skema sistem laser XCELS. Ing mburi ngarep kui pulsa femtosecond chirped karo dawa gelombang tengah 910 nm (1.3 ing Figure 1) lan 1054 nm pulses nanosecond nyuntikaken menyang OPCPA pumped laser (1.1 lan 1.2 ing Figure 1). Pucuk ngarep uga njamin sinkronisasi pulsa kasebut uga paramèter energi lan spatiotemporal sing dibutuhake. OPCPA penengah sing operasi ing tingkat pengulangan sing luwih dhuwur (1 Hz) nggedhekake pulsa chirped nganti puluhan joule (2 ing Gambar 1). Pulsa kasebut luwih digedhekake dening Booster OPCPA dadi siji kilojoule beam lan dipérang dadi 12 sub-beam sing padha (4 ing Gambar 1). Ing final 12 OPCPA, saben 12 pulsa cahya chirped digedhèkaké kanggo tingkat kilojoule (5 ing Figure 1) lan banjur teken dening 12 gratings komprèsi (GC saka 6 ing Figure 1). Filter sawur programmable acousto-optik digunakake ing mburi ngarep kanggo sabenere kontrol sawur kelompok kacepetan lan sawur urutan dhuwur, supaya minangka kanggo diwenehi jembaré pulsa paling cilik. Spektrum pulsa duwe wangun meh 12-order supergauss, lan bandwidth spektral ing 1% saka nilai maksimum 150 nm, cocog kanggo Fourier ngowahi watesan jembaré pulsa 17 fs. Ngelingi kompensasi dispersi sing ora lengkap lan kesulitan kompensasi fase nonlinear ing amplifier parametrik, lebar pulsa sing dikarepake yaiku 20 fs.
Laser XCELS bakal makaryakke loro 8-saluran UFL-2M modul pindho frekuensi laser kaca neodymium (3 ing Figure 1), kang 13 saluran bakal digunakake kanggo pump Booster OPCPA lan 12 final OPCPA. Telung saluran sing isih bakal digunakake minangka kilojoule nanodetik bebas pulsasumber laserkanggo eksperimen liyane. Diwatesi dening ambang breakdown optik saka kristal DKDP, intensitas iradiasi pulsa sing dipompa disetel dadi 1,5 GW/cm2 kanggo saben saluran lan durasine 3,5 ns.
Saben saluran laser XCELS ngasilake pulsa kanthi daya 50 PW. Total 12 saluran nyedhiyakake total daya output 600 PW. Ing kamar target utama, intensitas fokus maksimum saben saluran ing kondisi becik 0,44 × 1025 W / cm2, assuming sing F / 1 unsur fokus digunakake kanggo fokus. Yen pulsa saben saluran luwih dikompres dadi 2.6 fs kanthi teknik pasca kompresi, daya pulsa output sing cocog bakal ditambah dadi 230 PW, cocog karo intensitas cahya 2.0 × 1025 W / cm2.
Kanggo entuk intensitas cahya sing luwih gedhe, ing output 600 PW, pulsa cahya ing 12 saluran bakal fokus ing geometri radiasi dipole terbalik, kaya sing ditampilake ing Gambar 2. Nalika fase pulsa ing saben saluran ora dikunci, intensitas fokus bisa tekan 9×1025 W/cm2. Yen saben phase pulsa dikunci lan diselarasake, intensitas cahya asil koheren bakal tambah kanggo 3,2 × 1026 W / cm2. Saliyane kamar target utama, proyek XCELS kalebu nganti 10 laboratorium pangguna, saben nampa siji utawa luwih balok kanggo eksperimen. Nggunakake lapangan cahya sing kuwat banget, proyek XCELS ngrancang kanggo nindakake eksperimen ing papat kategori: pangolahan elektrodinamika kuantum ing lapangan laser sing kuat; Produksi lan percepatan partikel; Generasi radiasi elektromagnetik sekunder; Astrofisika laboratorium, proses kapadhetan energi dhuwur lan riset diagnostik.
Gbr. 2 Geometri fokus ing ruang target utama. Kanggo kajelasan, pangilon parabola saka balok 6 disetel dadi transparan, lan balok input lan output mung nuduhake rong saluran 1 lan 7
Gambar 3 nuduhake tata letak spasial saben area fungsional sistem laser XCELS ing bangunan eksperimen. Listrik, pompa vakum, perawatan banyu, pemurnian lan AC dumunung ing ruang paling ngisor. Wilayah konstruksi total luwih saka 24.000 m2. Konsumsi daya total kira-kira 7,5 MW. Bangunan eksperimen kasusun saka pigura sakabèhé kothong internal lan bagean njaba, saben dibangun ing rong pondasi decoupled. Vakum lan sistem getaran liyane dipasang ing pondasi sing diisolasi getaran, saéngga amplitudo gangguan sing ditularake menyang sistem laser liwat pondasi lan dhukungan dikurangi dadi kurang saka 10-10 g2 / Hz ing sawetara frekuensi. 1-200 Hz. Kajaba iku, jaringan penanda referensi geodesik disetel ing balai laser kanggo ngawasi drift lemah lan peralatan kanthi sistematis.
Proyek XCELS nduweni tujuan kanggo nggawe fasilitas riset ilmiah gedhe adhedhasar laser daya puncak sing dhuwur banget. Siji saluran saka sistem laser XCELS bisa nyedhiyakake intensitas cahya fokus kaping pirang-pirang luwih dhuwur tinimbang 1024 W/cm2, sing bisa ngluwihi 1025 W/cm2 kanthi teknologi post-compression. Kanthi pulsa fokus dipole saka 12 saluran ing sistem laser, intensitas sing cedhak karo 1026 W / cm2 bisa digayuh sanajan tanpa komprèsi lan penguncian fase. Yen sinkronisasi fase antarane saluran dikunci, intensitas cahya bakal kaping pirang-pirang luwih dhuwur. Nggunakake intensitas pulsa sing mecah rekor lan tata letak sinar multi-saluran, fasilitas XCELS ing mangsa ngarep bakal bisa nindakake eksperimen kanthi intensitas sing dhuwur banget, distribusi lapangan cahya sing kompleks, lan diagnosa interaksi nggunakake sinar laser multi-saluran lan radiasi sekunder. Iki bakal duwe peran unik ing bidang fisika eksperimen medan elektromagnetik super kuat.
Posting wektu: Mar-26-2024