Anyar, Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences ngenalkeun eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), program panalungtikan pikeun alat ilmiah badag dumasar kana pisan.laser kakuatan tinggi. Proyék ngawengku pangwangunan hiji pisanlaser kakuatan tinggidumasar kana téhnologi amplifikasi pulsa chirped paramétrik optik dina aperture badag kalium dideuterium fosfat (DKDP, rumus kimia KD2PO4) kristal, kalawan hiji kaluaran total ekspektasi 600 PW pulsa kakuatan puncak. Karya ieu nyadiakeun rinci penting jeung papanggihan panalungtikan ngeunaan proyék XCELS sarta sistem laser na, ngajéntrékeun aplikasi tur dampak poténsi patali jeung interaksi widang cahaya ultra-kuat.
Program XCELS diusulkeun dina 2011 kalayan tujuan awal pikeun ngahontal kakuatan puncaklaserkaluaran pulsa 200 PW, nu ayeuna ditingkatkeun kana 600 PW. NyaSistim laserngandelkeun tilu téknologi konci:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) téhnologi dipaké gaganti Chirped Pulse Amplification tradisional (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) téhnologi;
(2) Ngagunakeun DKDP salaku medium gain, ultra wideband fase cocog direalisasikeun deukeut 910 nm panjang gelombang;
(3) Laser kaca neodymium aperture badag kalayan énergi pulsa rébuan joules dipaké pikeun ngompa amplifier parametrik.
Fase ultra-wideband cocog loba kapanggih dina loba kristal sarta dipaké dina lasers femtosecond OPCPA. Kristal DKDP dianggo sabab mangrupikeun hiji-hijina bahan anu aya dina prakték anu tiasa tumbuh 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 lampu frekuensi ganda tina laser kaca ND, upami panjang gelombang pamawa pulsa anu diamplifikasi nyaéta 910 nm, tilu istilah mimiti ékspansi Taylor tina mismatch véktor gelombang nyaéta 0.
Gambar 1 mangrupa perenah skéma tina sistem laser XCELS. Tungtung hareup dihasilkeun pulsa femtosecond chirped kalawan panjang gelombang sentral 910 nm (1.3 dina Gambar 1) jeung 1054 nm pulsa nanosecond nyuntik kana OPCPA ngompa laser (1.1 jeung 1.2 dina Gambar 1). Tungtung hareup ogé mastikeun singkronisasi pulsa ieu ogé énergi anu diperyogikeun sareng parameter spatiotemporal. Hiji OPCPA panengah beroperasi dina laju pengulangan luhur (1 Hz) amplifies pulsa chirped ka puluhan joule (2 dina Gambar 1). Pulsa ieu salajengna diamplified ku Booster OPCPA kana beam kilojoule tunggal jeung dibagi kana 12 sub-balok idéntik (4 dina Gambar 1). Dina final 12 OPCPA, unggal 12 pulsa lampu chirped ieu amplified ka tingkat kilojoule (5 dina Gambar 1) lajeng dikomprés ku 12 gratings komprési (GC tina 6 dina Gambar 1). Filter dispersi programmable acousto-optik dipaké dina tungtung hareup pikeun persis ngadalikeun dispersi laju grup jeung dispersi urutan tinggi, ku kituna pikeun ménta lebar pulsa pangleutikna mungkin. Spéktrum pulsa ngabogaan wangun ampir 12-order supergauss, sarta rubakpita spéktral dina 1% tina nilai maksimum nyaéta 150 nm, pakait jeung Fourier transformasi wates lebar pulsa 17 fs. Mertimbangkeun kompensasi dispersi teu lengkep jeung kasusah kompensasi fase nonlinier dina amplifier paramétrik, lebar pulsa ekspektasi nyaeta 20 fs.
The XCELS laser bakal employ dua 8-kanal UFL-2M neodymium kaca modul ganda frékuénsi laser (3 dina Gambar 1), nu mana 13 saluran bakal dipaké pikeun ngompa Booster OPCPA jeung 12 final OPCPA. Tilu saluran sésana bakal dipaké salaku kilojoule nanodetik bebas pulsedsumber laserpikeun percobaan séjén. Diwatesan ku bangbarung ngarecahna optik tina kristal DKDP, inténsitas irradiation tina pulsa ngompa disetel ka 1,5 GW / cm2 pikeun tiap channel sarta durasi na 3,5 ns.
Unggal saluran laser XCELS ngahasilkeun pulsa kalayan kakuatan 50 PW. Jumlahna aya 12 saluran nyayogikeun kakuatan kaluaran 600 PW. Dina chamber target utama, inténsitas fokus maksimum unggal channel dina kaayaan idéal nyaéta 0,44 × 1025 W / cm2, asumsina yén F / 1 elemen fokus dipaké pikeun fokus. Lamun pulsa unggal channel ieu salajengna dikomprés ka 2,6 fs ku téhnik pos-komprési, kakuatan pulsa kaluaran pakait bakal ngaronjat nepi ka 230 PW, pakait jeung inténsitas lampu 2,0 × 1025 W / cm2.
Pikeun ngahontal inténsitas cahaya anu langkung ageung, dina kaluaran 600 PW, pulsa cahaya dina 12 saluran bakal museur dina géométri radiasi dipole tibalik, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2. Nalika fase pulsa dina unggal saluran henteu dikonci, inténsitas fokus tiasa ngahontal 9 × 1025 W / cm2. Lamun unggal fase pulsa dikonci tur nyingkronkeun, inténsitas cahaya koheren hasilna bakal ngaronjat nepi ka 3,2 × 1026 W / cm2. Salian kamar target utama, proyék XCELS ngawengku nepi ka 10 laboratorium pamaké, unggal narima hiji atawa leuwih balok pikeun percobaan. Ngagunakeun médan cahaya anu pohara kuat ieu, proyék XCELS ngarencanakeun pikeun ngalaksanakeun percobaan dina opat kategori: prosés éléktrodinamika kuantum dina widang laser sengit; Produksi jeung akselerasi partikel; Generasi radiasi éléktromagnétik sekundér; Astrofisika laboratorium, prosés dénsitas énergi anu luhur sareng panalungtikan diagnostik.
BUAH ARA. 2 Fokus géométri dina chamber target utama. Pikeun kajelasan, eunteung parabolic of beam 6 disetel ka transparan, jeung input jeung output balok nembongkeun ngan dua saluran 1 jeung 7.
angka 3 nembongkeun perenah spasial unggal wewengkon fungsi sistem laser XCELS dina wangunan eksperimen. Listrik, pompa vakum, perawatan cai, purifikasi sareng AC aya di ruangan bawah tanah. Legana total konstruksi leuwih ti 24.000 m2. Total konsumsi kakuatan kira 7,5 MW. Wangunan ékspérimén diwangun ku pigura sakabéh kerung internal sarta bagian éksternal, unggal diwangun dina dua yayasan decoupled. Vakum sareng sistem geter-inducing anu sanés dipasang dina yayasan anu terasing ku geter, supados amplitudo gangguan anu dikirimkeun ka sistem laser ngalangkungan yayasan sareng dukungan diréduksi janten kirang ti 10-10 g2 / Hz dina rentang frekuensi. 1-200 Hz. Salaku tambahan, jaringan spidol rujukan geodesic disetél dina aula laser pikeun sacara sistematis ngawas drift taneuh sareng alat.
Proyék XCELS boga tujuan pikeun nyieun fasilitas panalungtikan ilmiah badag dumasar kana lasers kakuatan puncak kacida luhurna. Hiji saluran tina sistem laser XCELS bisa nyadiakeun inténsitas lampu fokus sababaraha kali leuwih luhur ti 1024 W/cm2, nu bisa salajengna ngaleuwihan ku 1025 W/cm2 jeung téhnologi pos-komprési. Ku dipole-fokus pulsa ti 12 saluran dina sistem laser, hiji inténsitas deukeut 1026 W / cm2 bisa dihontal sanajan tanpa pos-komprési jeung fase ngonci. Upami sinkronisasi fase antara saluran dikonci, inténsitas cahaya bakal sababaraha kali langkung luhur. Ngagunakeun inténsitas pulsa-pegatna catetan ieu jeung tata perenah beam multi-kanal, fasilitas XCELS hareup bakal tiasa ngalakukeun percobaan kalawan inténsitas pisan tinggi, sebaran médan lampu kompléks, sarta nangtukeun jenis panyakitna interaksi maké balok laser multi-kanal jeung radiasi sekundér. Ieu bakal maénkeun peran unik dina widang fisika ékspérimén médan éléktromagnétik super-kuat.
waktos pos: Mar-26-2024