Anyar-anyar ieu, Institut Fisika Terapan Akademi Élmu Pengetahuan Rusia ngenalkeun Pusat Studi Cahaya Ékstrim eXawatt (XCELS), program panalungtikan pikeun alat ilmiah ageung anu dumasar kana hal-hal anu luar biasa.laser kakuatan tinggiProyék ieu ngawengku pangwangunan hiji tempat anu poharalaser kakuatan tinggidumasar kana téknologi amplifikasi pulsa chirped parametrik optik dina kristal kalium dideuterium fosfat (DKDP, rumus kimia KD2PO4) aperture ageung, kalayan total kaluaran anu dipiharep nyaéta 600 pulsa daya puncak PW. Karya ieu nyayogikeun detil penting sareng panemuan panalungtikan ngeunaan proyék XCELS sareng sistem laserna, ngajelaskeun aplikasi sareng dampak poténsial anu aya hubunganana sareng interaksi médan cahaya ultra-kuat.
Program XCELS diusulkeun dina taun 2011 kalayan tujuan awal pikeun ngahontal daya puncaklaserkaluaran pulsa 200 PW, anu ayeuna ditingkatkeun janten 600 PW. Nasistem laserngandelkeun tilu téknologi konci:
(1) Téhnologi Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) dianggo pikeun ngagantikeun téknologi Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) tradisional;
(2) Ngagunakeun DKDP salaku média gain, cocog fase ultra wideband kahontal caket panjang gelombang 910 nm;
(3) Laser kaca neodymium aperture ageung kalayan énergi pulsa rébuan joule dianggo pikeun ngompa amplifier parametrik.
Pencocokan fase ultra-wideband loba kapanggih dina seueur kristal sareng dianggo dina laser femtosecond OPCPA. Kristal DKDP dianggo sabab éta hiji-hijina bahan anu kapanggih dina prakték anu tiasa dipelak dugi ka puluhan séntiméter aperture sareng dina waktos anu sami gaduh kualitas optik anu tiasa ditampi pikeun ngadukung amplifikasi kakuatan multi-PW.laser. Kapanggih yén nalika kristal DKDP dipompa ku cahaya frékuénsi ganda tina laser kaca ND, upami panjang gelombang pamawa tina pulsa anu diamplifikasi nyaéta 910 nm, tilu istilah munggaran tina ékspansi Taylor tina ketidakcocokan véktor gelombang nyaéta 0.
Gambar 1 mangrupikeun tata letak skematis sistem laser XCELS. Tungtung hareup ngahasilkeun pulsa femtosecond anu dikicau kalayan panjang gelombang pusat 910 nm (1,3 dina Gambar 1) sareng pulsa nanosecond 1054 nm anu diinjeksikeun kana laser anu dipompa OPCPA (1,1 sareng 1,2 dina Gambar 1). Tungtung hareup ogé mastikeun sinkronisasi pulsa ieu ogé parameter énergi sareng spatiotemporal anu diperyogikeun. OPCPA panengah anu beroperasi dina laju pangulangan anu langkung luhur (1 Hz) ngagedekeun pulsa anu dikicau dugi ka puluhan joule (2 dina Gambar 1). Pulsa salajengna diageungkeun ku Booster OPCPA kana hiji sinar kilojoule sareng dibagi kana 12 sub-sinar anu idéntik (4 dina Gambar 1). Dina 12 OPCPA pamungkas, masing-masing tina 12 pulsa cahaya anu dikicau diageungkeun dugi ka tingkat kilojoule (5 dina Gambar 1) teras dikomprés ku 12 kisi komprési (GC 6 dina Gambar 1). Saringan dispersi anu tiasa diprogram acousto-optik dianggo di tungtung hareup pikeun ngontrol dispersi kecepatan grup sareng dispersi orde luhur sacara tepat, supados kéngingkeun lébar pulsa pangleutikna. Spéktrum pulsa ngagaduhan bentuk ampir supergauss orde ka-12, sareng bandwidth spéktral dina 1% tina nilai maksimum nyaéta 150 nm, saluyu sareng lébar pulsa wates transformasi Fourier 17 fs. Nginget kompensasi dispersi anu teu lengkep sareng kasusah kompensasi fase nonlinier dina amplifier parametrik, lébar pulsa anu dipiharep nyaéta 20 fs.
Laser XCELS bakal ngagunakeun dua modul pangganda frékuénsi laser kaca neodymium UFL-2M 8-kanal (3 dina Gambar 1), anu 13 saluranna bakal dianggo pikeun ngompa Booster OPCPA sareng 12 OPCPA ahir. Tilu saluran sésana bakal dianggo salaku nanodetik kilojoule pulsa mandiri.sumber laserpikeun ékspérimén anu sanés. Diwatesan ku ambang gangguan optik tina kristal DKDP, inténsitas iradiasi pulsa anu dipompa disetel ka 1,5 GW/cm2 pikeun unggal saluran sareng durasina nyaéta 3,5 ns.
Unggal saluran laser XCELS ngahasilkeun pulsa kalayan kakuatan 50 PW. Total 12 saluran nyayogikeun total kakuatan kaluaran 600 PW. Dina rohangan target utama, inténsitas fokus maksimum unggal saluran dina kaayaan idéal nyaéta 0,44 × 1025 W / cm2, kalayan anggapan yén unsur fokus F / 1 dianggo pikeun fokus. Upami pulsa unggal saluran dikomprés salajengna janten 2,6 fs ku téknik pasca-komprési, kakuatan pulsa kaluaran anu saluyu bakal ningkat janten 230 PW, anu saluyu sareng inténsitas cahaya 2,0 × 1025 W / cm2.
Pikeun ngahontal inténsitas cahaya anu langkung ageung, dina kaluaran 600 PW, pulsa cahaya dina 12 saluran bakal difokuskeun dina géométri radiasi dipol tibalik, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2. Nalika fase pulsa dina unggal saluran henteu dikonci, inténsitas fokus tiasa ngahontal 9 × 1025 W / cm2. Upami unggal fase pulsa dikonci sareng disinkronkeun, inténsitas cahaya anu koheren bakal ningkat janten 3,2 × 1026 W / cm2. Salian ti rohangan target utama, proyék XCELS kalebet dugi ka 10 laboratorium pangguna, masing-masing nampi hiji atanapi langkung sinar pikeun ékspérimén. Ngagunakeun médan cahaya anu kuat pisan ieu, proyék XCELS ngarencanakeun pikeun ngalaksanakeun ékspérimén dina opat kategori: prosés éléktrodinamika kuantum dina médan laser anu intens; Produksi sareng akselerasi partikel; Pembangkitan radiasi éléktromagnétik sekundér; Astrofisika laboratorium, prosés kapadetan énergi anu luhur sareng panalungtikan diagnostik.
GAMBAR 2 Géométri fokus dina rohangan target utama. Pikeun kajelasan, eunteung parabola tina sinar 6 disetel ka transparan, sareng sinar input sareng output ngan ukur nunjukkeun dua saluran 1 sareng 7
Gambar 3 nunjukkeun tata ruang unggal daérah fungsional sistem laser XCELS di gedong ékspériméntal. Listrik, pompa vakum, pangolahan cai, purifikasi sareng AC ayana di ruang handap taneuh. Total daérah konstruksi langkung ti 24.000 m2. Total konsumsi daya sakitar 7,5 MW. Gedong ékspériméntal diwangun ku pigura internal anu kosong sareng bagian éksternal, masing-masing diwangun dina dua pondasi anu dipisahkeun. Sistem vakum sareng sistem anu ngainduksi geter sanésna dipasang dina pondasi anu diisolasi geter, supados amplitudo gangguan anu dikirimkeun ka sistem laser ngalangkungan pondasi sareng dukungan dikirangan janten kirang ti 10-10 g2/Hz dina rentang frékuénsi 1-200 Hz. Salaku tambahan, jaringan spidol rujukan geodesik dipasang di aula laser pikeun sacara sistematis ngawaskeun hanyutan taneuh sareng peralatan.
Proyék XCELS boga tujuan pikeun nyieun fasilitas panalungtikan ilmiah anu ageung dumasar kana laser kakuatan puncak anu kacida luhurna. Hiji saluran sistem laser XCELS bisa nyadiakeun inténsitas cahaya anu fokus sababaraha kali leuwih luhur tibatan 1024 W/cm2, anu bisa leuwih dileuwihan ku 1025 W/cm2 ku téknologi pasca-komprési. Ku cara pulsa fokus dipol ti 12 saluran dina sistem laser, inténsitas anu deukeut ka 1026 W/cm2 bisa kahontal sanajan tanpa pasca-komprési jeung konci fase. Lamun sinkronisasi fase antara saluran dikonci, inténsitas cahaya bakal sababaraha kali leuwih luhur. Ngagunakeun inténsitas pulsa anu mecahkeun rékor ieu jeung tata letak sinar multi-kanal, fasilitas XCELS ka hareup bakal bisa ngalaksanakeun ékspérimén kalawan inténsitas anu kacida luhurna, distribusi medan cahaya anu kompléks, sarta diagnosa interaksi ngagunakeun sinar laser multi-kanal jeung radiasi sekundér. Ieu bakal maénkeun peran anu unik dina widang fisika ékspériméntal medan éléktromagnétik super kuat.
Waktos posting: 26-Mar-2024