Son zamanlarda, Rusya Bilimler Akademisi Uygulamalı Fizik Enstitüsü, büyük bilimsel cihazlara yönelik son derece yüksek teknolojiye dayanan bir araştırma programı olan eXawatt Aşırı Işık Çalışmaları Merkezi'ni (XCELS) tanıttı.yüksek güçlü lazerler. Proje çok büyük bir binanın inşaatını içeriyor.yüksek güçlü lazergeniş açıklıklı potasyum didöteryum fosfat (DKDP, kimyasal formül KD2PO4) kristallerinde optik parametrik cıvıl cıvıl darbe amplifikasyon teknolojisine dayanır ve beklenen toplam 600 PW tepe güç darbesi çıkışıdır. Bu çalışma, XCELS projesi ve lazer sistemleri hakkında önemli ayrıntılar ve araştırma bulgularını sunarak ultra güçlü ışık alanı etkileşimleriyle ilgili uygulamaları ve potansiyel etkileri açıklamaktadır.
XCELS programı, 2011 yılında en yüksek güce ulaşma hedefiyle önerildi.lazer200 PW'lik darbe çıkışı, şu anda 600 PW'a yükseltilmiştir. Onunlazer sistemiüç temel teknolojiye dayanır:
(1) Geleneksel Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) yerine Optik Parametrik Chirped Pulse Amplification (OPCPA) teknolojisi kullanılır. CPA) teknolojisi;
(2) Kazanç ortamı olarak DKDP kullanıldığında, 910 nm dalga boyuna yakın ultra geniş bant faz eşleştirmesi gerçekleştirilir;
(3) Parametrik bir amplifikatörü pompalamak için binlerce joule darbe enerjisine sahip geniş açıklıklı bir neodimyum cam lazer kullanılır.
Ultra geniş bant faz eşleştirme birçok kristalde yaygın olarak bulunur ve OPCPA femtosaniye lazerlerde kullanılır. DKDP kristalleri, onlarca santimetrelik açıklığa kadar büyütülebilen ve aynı zamanda çoklu PW gücünün yükseltilmesini desteklemek için kabul edilebilir optik niteliklere sahip olan, pratikte bulunan tek malzeme oldukları için kullanılır.lazerler. DKDP kristali, ND cam lazerin çift frekanslı ışığıyla pompalandığında, güçlendirilmiş darbenin taşıyıcı dalga boyu 910 nm ise, dalga vektörü uyumsuzluğunun Taylor açılımının ilk üç teriminin 0 olduğu bulunmuştur.
Şekil 1, XCELS lazer sisteminin şematik yerleşimidir. Ön uç, merkezi dalga boyu 910 nm (Şekil 1'de 1,3) olan cıvıl cıvıl femtosaniye darbeleri ve OPCPA pompalı lazere (Şekil 1'de 1,1 ve 1,2) enjekte edilen 1054 nm nanosaniye darbeleri üretti. Ön uç ayrıca bu darbelerin senkronizasyonunun yanı sıra gerekli enerji ve uzay-zamansal parametreleri de sağlar. Daha yüksek bir tekrarlama hızında (1 Hz) çalışan bir ara OPCPA, cıvıl cıvıl nabzı onlarca joule'e (Şekil 1'de 2) yükseltir. Darbe, Booster OPCPA tarafından tek bir kilojoule ışınına daha da güçlendirilir ve 12 özdeş alt ışına bölünür (Şekil 1'de 4). Son 12 OPCPA'da, 12 cıvıl cıvıl ışık darbesinin her biri kilojoule seviyesine yükseltilir (Şekil 1'de 5) ve ardından 12 sıkıştırma ızgarası (Şekil 1'de 6'lık GC) tarafından sıkıştırılır. Akusto-optik programlanabilir dağılım filtresi, mümkün olan en küçük darbe genişliğini elde etmek amacıyla grup hızı dağılımını ve yüksek dereceli dağılımı hassas bir şekilde kontrol etmek için ön uçta kullanılır. Darbe spektrumu neredeyse 12. dereceden süpergauss şekline sahiptir ve maksimum değerin %1'indeki spektral bant genişliği, 17 fs'lik Fourier dönüşümü limit darbe genişliğine karşılık gelen 150 nm'dir. Parametrik yükselteçlerde eksik dağılım telafisi ve doğrusal olmayan faz telafisinin zorluğu göz önüne alındığında beklenen darbe genişliği 20 fs'dir.
XCELS lazer, iki adet 8 kanallı UFL-2M neodimyum cam lazer frekansı ikiye katlama modülü (Şekil 1'de 3) kullanacak; bunların 13 kanalı Booster OPCPA'yı ve 12 nihai OPCPA'yı pompalamak için kullanılacak. Kalan üç kanal bağımsız nanosaniye kilojoule darbeli olarak kullanılacaktırlazer kaynaklarıdiğer deneyler için. DKDP kristallerinin optik bozulma eşiğiyle sınırlı olan 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 gücünde darbeler üretir. Toplam 12 kanal toplam 600 PW çıkış gücü sağlar. Ana hedef odasında, ideal koşullar altında her kanalın maksimum odaklama yoğunluğu, odaklama için F/1 odaklama elemanlarının kullanıldığı varsayılarak 0,44×1025 W/cm2'dir. Her kanalın darbesi, sıkıştırma sonrası teknikle 2,6 fs'ye daha da sıkıştırılırsa, karşılık gelen çıkış darbe gücü, 2,0×1025 W/cm2 ışık yoğunluğuna karşılık gelen 230 PW'ye artırılacaktır.
600 PW çıkışta daha yüksek ışık yoğunluğu elde etmek için 12 kanaldaki ışık darbeleri, Şekil 2'de gösterildiği gibi ters dipol radyasyon geometrisine odaklanacaktır. Her kanaldaki darbe fazı kilitlenmediğinde odak yoğunluğu, 9×1025 W/cm2’ye ulaşıyor. Her darbe fazı kilitlenir ve senkronize edilirse, ortaya çıkan tutarlı ışık yoğunluğu 3,2×1026 W/cm2'ye artırılacaktır. XCELS projesi, ana hedef odasına ek olarak, her biri deneyler için bir veya daha fazla ışın alan 10'a kadar kullanıcı laboratuvarını içerir. XCELS projesi, bu son derece güçlü ışık alanını kullanarak dört kategoride deneyler yapmayı planlıyor: yoğun lazer alanlarındaki kuantum elektrodinamik süreçler; Parçacıkların üretimi ve hızlanması; İkincil elektromanyetik radyasyonun üretilmesi; Laboratuvar astrofiziği, yüksek enerji yoğunluğu süreçleri ve teşhis araştırmaları.
İNCİR. 2 Ana hedef odasındaki odaklama geometrisi. Açıklık sağlamak için, 6 numaralı ışının parabolik aynası şeffaf olarak ayarlanmıştır ve giriş ve çıkış ışınları yalnızca 1 ve 7 numaralı iki kanalı gösterir.
Şekil 3, deneysel binadaki XCELS lazer sisteminin her işlevsel alanının mekansal düzenini göstermektedir. Bodrum katında elektrik, vakum pompaları, su arıtma, arıtma ve iklimlendirme bulunmaktadır. Toplam inşaat alanı 24.000 m2'den fazladır. Toplam güç tüketimi yaklaşık 7,5 MW'tır. Deney binası, her biri iki ayrı temel üzerine inşa edilmiş, içi boş bir genel çerçeve ve bir dış bölümden oluşur. Vakum ve diğer titreşim yaratan sistemler, titreşim izolasyonlu temel üzerine kurulur, böylece temel ve destek üzerinden lazer sistemine iletilen bozulmanın genliği, frekans aralığında 10-10 g2/Hz'in altına düşürülür. 1-200Hz. Ek olarak, zeminin ve ekipmanın kaymasını sistematik olarak izlemek için lazer salonunda bir jeodezik referans işaretleyici ağı kurulur.
XCELS projesi, son derece yüksek tepe gücüne sahip lazerlere dayanan büyük bir bilimsel araştırma tesisi yaratmayı amaçlıyor. XCELS lazer sisteminin bir kanalı, 1024 W/cm2'den birkaç kat daha yüksek odaklanmış ışık yoğunluğu sağlayabilir; bu, sıkıştırma sonrası teknolojisiyle 1025 W/cm2'ye kadar daha da aşılabilir. Lazer sistemindeki 12 kanaldan gelen dipol odaklı darbelerle, son sıkıştırma 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 kullanarak gelecekteki XCELS tesisi, son derece yüksek yoğunluklu, karmaşık ışık alanı dağılımlarıyla deneyler gerçekleştirebilecek ve çok kanallı lazer ışınlarını ve ikincil radyasyonu kullanarak etkileşimleri teşhis edebilecek. Bu, süper güçlü elektromanyetik alan deneysel fiziği alanında benzersiz bir rol oynayacak.
Gönderim zamanı: Mar-26-2024