Bu yaxınlarda Rusiya Elmlər Akademiyasının Tətbiqi Fizika İnstitutu, son dərəcə əsaslanan böyük elmi cihazlar üçün tədqiqat proqramı olan eXawatt Ekstremal İşıq Tədqiqatları Mərkəzini (XCELS) təqdim etdi.yüksək güclü lazerlərLayihəyə çoxlu sayda obyektin tikintisi daxildir.yüksək güclü lazerböyük diafraqmalı kalium dideuterium fosfat (DKDP, kimyəvi formul KD2PO4) kristallarında optik parametrik cingiltili impuls gücləndirmə texnologiyasına əsaslanır və ümumi çıxışı 600 PVt pik güc impulsu təşkil edir. Bu iş, ultra güclü işıq sahəsi qarşılıqlı təsirləri ilə əlaqəli tətbiqləri və potensial təsirləri təsvir edərək, XCELS layihəsi və onun lazer sistemləri haqqında vacib detallar və tədqiqat nəticələri təqdim edir.
XCELS proqramı 2011-ci ildə ilkin məqsəd pik gücə çatmaqla təklif edilmişdirlazer200 PVt impuls çıxışı var və hazırda 600 PVt-a yüksəldilib.lazer sistemiüç əsas texnologiyaya əsaslanır:
(1) Ənənəvi Cırıltılı İmpuls Gücləndirməsi (Cırıltılı İmpuls Gücləndirməsi, OPCPA) texnologiyası əvəzinə Optik Parametrik Cırıltılı İmpuls Gücləndirməsi (OPCPA) texnologiyasından istifadə olunur;
(2) DKDP gücləndirici mühit kimi istifadə edilərək, 910 nm dalğa uzunluğuna yaxın ultra genişzolaqlı faza uyğunlaşdırılması həyata keçirilir;
(3) Parametrik gücləndiricini vurmaq üçün minlərlə coul impuls enerjisinə malik böyük diafraqmalı neodim şüşə lazer istifadə olunur.
Ultra genişzolaqlı faza uyğunluğu bir çox kristallarda geniş yayılmışdır və OPCPA femtosaniyə lazerlərində istifadə olunur. DKDP kristalları, praktikada onlarla santimetr diafraqmaya qədər böyüdülə bilən və eyni zamanda çox PW gücünün gücləndirilməsini dəstəkləmək üçün məqbul optik keyfiyyətlərə malik olan yeganə material olduqları üçün istifadə olunur.lazerlərMəlum olub ki, DKDP kristalı ND şüşə lazerinin ikiqat tezlikli işığı ilə pompalandıqda, gücləndirilmiş impulsun daşıyıcı dalğa uzunluğu 910 nm olarsa, dalğa vektoru uyğunsuzluğunun Teylor genişlənməsinin ilk üç şərti 0-dır.
Şəkil 1, XCELS lazer sisteminin sxematik düzülüşüdür. Ön uc, mərkəzi dalğa uzunluğu 910 nm (Şəkil 1-də 1.3) və OPCPA ilə vurulan lazerə vurulan 1054 nm nanosaniyəli impulslar (Şəkil 1-də 1.1 və 1.2) ilə cingiltili femtosaniyəli impulslar yaradır. Ön uc, həmçinin bu impulsların sinxronizasiyasını, eləcə də tələb olunan enerji və məkan-zaman parametrlərini təmin edir. Daha yüksək təkrarlanma sürətində (1 Hz) işləyən ara OPCPA, cingiltili impulsu onlarla coula qədər gücləndirir (Şəkil 1-də 2). İmpuls Booster OPCPA tərəfindən tək kilojoul şüasına daha da gücləndirilir və 12 eyni alt şüaya bölünür (Şəkil 1-də 4). Son 12 OPCPA-da, 12 cingiltili işıq impulsunun hər biri kilojoul səviyyəsinə qədər gücləndirilir (Şəkil 1-də 5) və sonra 12 sıxılma barmaqlığı ilə sıxılır (Şəkil 1-də 6-dan GC). Akusto-optik proqramlaşdırıla bilən dispersiya filtri, mümkün olan ən kiçik impuls genişliyini əldə etmək üçün qrup sürət dispersiyasını və yüksək tərtibli dispersiyanı dəqiq idarə etmək üçün ön tərəfdə istifadə olunur. İmpuls spektri təxminən 12-ci tərtibli superqauss formasına malikdir və maksimum dəyərin 1%-də spektral bant genişliyi 150 nm-dir ki, bu da 17 f/s Furye çevrilmə limit impuls eninə uyğundur. Parametrik gücləndiricilərdə natamam dispersiya kompensasiyası və qeyri-xətti faz kompensasiyasının çətinliyi nəzərə alınmaqla, gözlənilən impuls eni 20 f/s-dir.
XCELS lazeri iki 8 kanallı UFL-2M neodimium şüşə lazer tezlik ikiqat modulundan (Şəkil 1-də 3) istifadə edəcək, bunlardan 13 kanal Booster OPCPA-nı, 12 kanal isə son OPCPA-nı vurmaq üçün istifadə olunacaq. Qalan üç kanal isə müstəqil nanosaniyəli kilojoul impulslu impuls kimi istifadə olunacaq.lazer mənbələridigər təcrübələr üçün. DKDP kristallarının optik qırılma həddi ilə məhdudlaşdırılaraq, vurulan impulsun şüalanma intensivliyi hər kanal üçün 1,5 GVt/sm2 olaraq təyin edilir və müddəti 3,5 ns-dir.
XCELS lazerinin hər bir kanalı 50 PVt gücündə impulslar istehsal edir. Cəmi 12 kanal 600 PVt ümumi çıxış gücü təmin edir. Əsas hədəf kamerasında, F/1 fokuslama elementlərinin fokuslama üçün istifadə edildiyini fərz etsək, ideal şəraitdə hər bir kanalın maksimum fokuslama intensivliyi 0,44 × 1025 Vt/sm2-dir. Hər bir kanalın impulsu post-sıxılma texnikası ilə daha da 2,6 fs-ə qədər sıxılarsa, müvafiq çıxış impulsu gücü 2,0 × 1025 Vt/sm2 işıq intensivliyinə uyğun olaraq 230 PVt-a qədər artırılacaq.
Daha yüksək işıq intensivliyinə nail olmaq üçün, 600 PW çıxışında, Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, 12 kanaldakı işıq impulsları tərs dipol şüalanmasının həndəsəsində fokuslanacaq. Hər kanaldakı impuls fazası kilidlənmədikdə, fokus intensivliyi 9 × 1025 Vt/sm2-yə çata bilər. Hər impuls fazası kilidlənərsə və sinxronlaşdırılarsa, nəticədə yaranan koherent işıq intensivliyi 3,2 × 1026 Vt/sm2-yə qədər artırılacaq. Əsas hədəf otağına əlavə olaraq, XCELS layihəsinə hər biri təcrübələr üçün bir və ya daha çox şüa qəbul edən 10-a qədər istifadəçi laboratoriyası daxildir. Bu son dərəcə güclü işıq sahəsindən istifadə edərək, XCELS layihəsi dörd kateqoriyada təcrübələr aparmağı planlaşdırır: intensiv lazer sahələrində kvant elektrodinamik prosesləri; Zərrəciklərin istehsalı və sürətləndirilməsi; İkinci dərəcəli elektromaqnit şüalanmasının generasiyası; Laboratoriya astrofizikası, yüksək enerji sıxlığı prosesləri və diaqnostik tədqiqatlar.
ŞƏKİL 2 Əsas hədəf kamerasında fokuslanma həndəsəsi. Aydınlıq üçün şüa 6-nın parabolik güzgüsü şəffaf vəziyyətə gətirilib və giriş və çıxış şüaları yalnız iki kanal 1 və 7 göstərir.
Şəkil 3-də eksperimental binada XCELS lazer sisteminin hər bir funksional sahəsinin məkan düzülüşü göstərilir. Elektrik enerjisi, vakuum nasosları, suyun təmizlənməsi, təmizlənməsi və kondisionerləşdirilməsi zirzəmidə yerləşir. Ümumi tikinti sahəsi 24.000 m2-dən çoxdur. Ümumi enerji istehlakı təxminən 7,5 MVt-dır. Eksperimental bina hər biri iki ayrılmış təməl üzərində qurulmuş daxili boş ümumi çərçivədən və xarici hissədən ibarətdir. Vakuum və digər vibrasiya yaradan sistemlər vibrasiya ilə izolyasiya edilmiş təməl üzərində quraşdırılmışdır ki, təməl və dayaq vasitəsilə lazer sisteminə ötürülən pozuntunun amplitudası 1-200 Hz tezlik diapazonunda 10-10 g2/Hz-dən az olsun. Bundan əlavə, torpağın və avadanlığın sürüşməsini sistematik şəkildə izləmək üçün lazer salonunda geodeziya istinad nişanları şəbəkəsi qurulub.
XCELS layihəsi son dərəcə yüksək pik güc lazerlərinə əsaslanan böyük bir elmi tədqiqat müəssisəsi yaratmağı hədəfləyir. XCELS lazer sisteminin bir kanalı 1024 Vt/sm2-dən bir neçə dəfə yüksək fokuslanmış işıq intensivliyi təmin edə bilər ki, bu da sıxılma sonrası texnologiya ilə 1025 Vt/sm2-dən daha da çox ola bilər. Lazer sistemindəki 12 kanaldan dipol fokuslanmış impulslar vasitəsilə sıxılma sonrası və faza kilidlənməsi olmadan belə 1026 Vt/sm2-yə yaxın bir intensivliyə nail olmaq mümkündür. Kanallar arasında faza sinxronizasiyası kilidlənərsə, işıq intensivliyi bir neçə dəfə yüksək olacaq. Bu rekord qıran impuls intensivliklərindən və çoxkanallı şüa düzülüşündən istifadə edərək, gələcək XCELS müəssisəsi son dərəcə yüksək intensivlik, mürəkkəb işıq sahəsi paylanması ilə təcrübələr apara və çoxkanallı lazer şüaları və ikinci dərəcəli şüalanma istifadə edərək qarşılıqlı təsirləri diaqnoz edə biləcək. Bu, super güclü elektromaqnit sahəsi eksperimental fizikası sahəsində unikal rol oynayacaq.
Yazı vaxtı: 26 Mart 2024