Son zamanlarda, Rusya Bilimler Akademisi Uygulamalı Fizik Enstitüsü, son derece büyük bilimsel cihazlar için bir araştırma programı olan Exwatt Extreme Işık Çalışması Merkezi'ni (XCELS) tanıttı.yüksek güçlü lazerler. Proje, çokyüksek güçlü lazerBeklenen toplam çıkış 600 PW pik güç darbesi ile büyük diyafram potasyum dideuterium fosfat (DKDP, kimyasal formül KD2PO4) kristallerinde optik parametrik cıvıltı puls amplifikasyon teknolojisine dayanmaktadır. Bu çalışma, XCELS projesi ve lazer sistemleri hakkında önemli detaylar ve araştırma bulguları sağlar, uygulamaları ve ultra güçlü ışık alan etkileşimleriyle ilgili potansiyel etkileri tanımlar.
XCELS programı 2011 yılında en yüksek güç elde etme hedefi ile önerildilazerŞu anda 600 pw'ye yükseltilen 200 PW nabız çıkışı. Onunlazer sistemiÜç temel teknolojiye güvenir:
(1) Geleneksel cıvıltılı nabız amplifikasyonu (cıvıltılı nabız amplifikasyonu, OPCPA) yerine optik parametrik cıvıltı nabız amplifikasyonu (OPCPA) teknolojisi kullanılır. EBM) teknolojisi;
(2) DKDP'nin kazanç ortamı olarak kullanılması, ultra geniş bant fazı eşleşmesi 910 nm dalga boyuna yakın gerçekleşir;
(3) Bir parametrik amplifikatör pompalamak için binlerce joule nabız enerjisine sahip büyük bir diyafram neodimyum cam lazeri kullanılır.
Ultra çapında faz eşleşmesi birçok kristalde yaygın olarak bulunur ve OPCPA femtosaniye lazerlerinde kullanılır. DKDP kristalleri kullanılır, çünkü pratikte on santimetre diyafram aralığında yetiştirilebilen ve aynı zamanda multi-PW gücünün amplifikasyonunu desteklemek için kabul edilebilir optik niteliklere sahip olan tek malzemedir.lazer. DKDP kristali, ND cam lazerin çift frekanslı ışığı tarafından pompalandığında, amplifiye edilen darbenin taşıyıcı dalga boyu 910 nm ise, dalga vektör uyumsuzluğunun Taylor genişlemesinin ilk üç teriminin 0 olduğu bulunmuştur.
Şekil 1, XCELS lazer sisteminin şematik bir düzenidir. Ön uç, OPCPA pompalanan lazere (Şekil 1'de 1.1 ve 1.2) enjekte edilen merkezi dalga boyu 910 nm (Şekil 1'de 1.3) ve 1054 nm nanosaniye darbeleri ile cıvıltılı femtosaniye darbeleri üretti. Ön uç ayrıca bu darbelerin senkronizasyonunu, gerekli enerji ve uzaysal parametreleri de sağlar. Daha yüksek bir tekrarlama oranında (1 Hz) çalışan bir ara OPCPA, cıvıltılı darbeyi onlarca joule'ye yükseltir (Şekil 1'de 2). Darbe ayrıca güçlendirici OPCPA tarafından tek bir kilojoule ışına dönüştürülür ve 12 özdeş alt kirişe bölünür (Şekil 1'de 4). Son 12 OPCPA'da, 12 cıvıltılı ışık darbesinin her biri Kilojoule seviyesine (Şekil 1'de 5) yükseltilir ve daha sonra 12 sıkıştırma bastası (Şekil 1'de 6 GC) ile sıkıştırılır. Akusto-optik programlanabilir dispersiyon filtresi, mümkün olan en küçük nabız genişliğini elde etmek için grup hızı dağılımını ve yüksek dereceli dağılımı tam olarak kontrol etmek için ön uçta kullanılır. Darbe spektrumu yaklaşık 12. dereceden süpergauss şekline sahiptir ve maksimum değerin% 1'inde spektral bant genişliği 150 nm'dir ve Fourier dönüşüm limiti 17 fs'lik darbe genişliğine karşılık gelir. Parametrik amplifikatörlerde eksik dağılım telafisi ve doğrusal olmayan faz telafisinin zorluğu göz önüne alındığında, beklenen darbe genişliği 20 fs'dir.
XCELS lazeri, iki adet 8 kanallı UFL-2M neodimum cam lazer frekans iki katına çıkarma modülleri (Şekil 1'de 3) kullanacaktır; bunlardan 13 kanal, güçlendirici OPCPA ve 12 final OPCPA'yı pompalamak için kullanılacaktır. Kalan üç kanal bağımsız nanosaniye kilojoule darbeli olarak kullanılacaklazer kaynaklarıDiğer deneyler için. DKDP kristallerinin optik arıza eşiği ile sınırlı olarak, pompalanan darbenin ışınlama yoğunluğu her kanal için 1.5 GW/cm2'ye ayarlanır ve süre 3,5 ns'dir.
XCELS lazerin her kanalı 50 pw güce sahip darbeler üretir. Toplam 12 kanal toplam çıkış gücü 600 pw sağlar. Ana hedef odada, ideal koşullar altında her kanalın maksimum odaklama yoğunluğu, f/1 odaklama elemanlarının odaklanma için kullanıldığı varsayılarak 0.44 × 1025 w/cm2'dir. Her bir kanalın darbesi, kompresyon sonrası tekniği ile 2.6 FS'ye daha fazla sıkıştırılırsa, karşılık gelen çıkış darbesi gücü 230 pw'ye çıkarılır, bu da 2.0 × 1025 w/cm2 ışık yoğunluğuna karşılık gelir.
Daha fazla ışık yoğunluğu elde etmek için, 600 PW çıkışında, 12 kanaldaki ışık darbeleri, Şekil 2'de gösterildiği gibi, ters dipol radyasyonunun geometrisine odaklanacaktır. Her kanaldaki nabız fazı kilitlenmediğinde, odak yoğunluğu 9 × 1025 w/cm2'ye ulaşabilir. Her darbe fazı kilitlenir ve senkronize edilirse, tutarlı sonuçta ortaya çıkan ışık yoğunluğu 3,2 × 1026 w/cm2'ye çıkarılır. Ana hedef odaya ek olarak, XCELS projesi, her biri deneyler için bir veya daha fazla ışın alan 10 kullanıcı laboratuvarını içerir. Bu son derece güçlü ışık alanını kullanarak, XCELS projesi dört kategoride deneyler yapmayı planlıyor: yoğun lazer alanlarında kuantum elektrodinamik süreçleri; Parçacıkların üretimi ve ivmesi; İkincil elektromanyetik radyasyonun üretimi; Laboratuvar astrofizik, yüksek enerji yoğunluk süreçleri ve teşhis araştırmaları.
İNCİR. 2 Ana Hedef Odada Odaklanma Geometrisi. Netlik için, Işın 6'nın parabolik aynası şeffaf olarak ayarlanmıştır ve giriş ve çıkış ışınları sadece iki kanal 1 ve 7 gösterir
Şekil 3, deney binasındaki XCELS lazer sisteminin her fonksiyonel alanının uzamsal düzenini göstermektedir. Elektrik, vakum pompaları, su arıtma, saflaştırma ve klima bodrum katında bulunur. Toplam inşaat alanı 24.000 m2'den fazladır. Toplam güç tüketimi yaklaşık 7.5 MW'dır. Deneysel bina, iç içi boş bir genel çerçeve ve her biri ayrılmış iki temel üzerine inşa edilmiş harici bir bölümden oluşur. Vakum ve diğer titreşime neden olan sistemler, titreşimle izole edilmiş temel üzerine kurulur, böylece temel ve destek yoluyla lazer sistemine iletilen rahatsızlığın genliği, 1-200 Hz frekans aralığında 10-10 g2/hz'den daha azına düşürülür. Ek olarak, lazer salonunda, zemin ve ekipmanın kaymasını sistematik olarak izlemek için bir jeodezik referans belirteç ağı kurulur.
XCELS projesi, son derece yüksek en yüksek güç lazerlerine dayanan büyük bir bilimsel araştırma tesisi oluşturmayı amaçlamaktadır. XCELS lazer sisteminin bir kanalı, 1024 w/cm2'den birkaç kat daha yüksek odaklanmış bir ışık yoğunluğu sağlayabilir, bu da kompresyon sonrası teknolojiyle 1025 w/cm2 ile daha da aşılabilir. Lazer sistemindeki 12 kanaldan dipol odaklı darbelerle, kompresyon sonrası ve faz kilitleme olmadan bile 1026 w/cm2'ye yakın bir yoğunluk elde edilebilir. Kanallar arasındaki faz senkronizasyonu kilitlenirse, ışık yoğunluğu birkaç kat daha yüksek olacaktır. Bu rekor kıran darbe yoğunluklarını ve çok kanallı ışın düzenini kullanan gelecek XCELS tesisi, son derece yüksek yoğunluklu, karmaşık ışık alan dağılımları ile deneyler gerçekleştirebilecek ve çok kanallı lazer ışınları ve ikincil radyasyon kullanarak etkileşimleri teşhis edebilecek. Bu, süper güçlü elektromanyetik alan deney fiziği alanında benzersiz bir rol oynayacaktır.
Gönderme Zamanı: Mar-26-2024