Bu yaxınlarda Rusiya Elmlər Akademiyasının Tətbiqi Fizika İnstitutu son dərəcə işıqlandırmaya əsaslanan böyük elmi cihazlar üçün tədqiqat proqramı olan eXawatt Extreme Light Study (XCELS) Mərkəzini təqdim etdi.yüksək güclü lazerlər. Layihəyə çoxlu tikinti daxildiryüksək güclü lazer600 PW pik güc impulslarının gözlənilən ümumi çıxışı ilə böyük diafraqmalı kalium dideyterium fosfat (DKDP, kimyəvi formulu KD2PO4) kristallarında optik parametrik cingiltili impuls gücləndirmə texnologiyasına əsaslanır. Bu iş XCELS layihəsi və onun lazer sistemləri haqqında mühüm təfərrüatlar və tədqiqat nəticələri təqdim edir, ultra güclü işıq sahəsinin qarşılıqlı təsirləri ilə bağlı tətbiqləri və potensial təsirləri təsvir edir.
XCELS proqramı 2011-ci ildə pik gücə nail olmaq məqsədi ilə təklif edilmişdir.lazer200 PW nəbz çıxışı, hazırda 600 PW-ə yüksəldilir. Onunlazer sistemiüç əsas texnologiyaya əsaslanır:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) texnologiyası ənənəvi Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) əvəzinə istifadə olunur. CPA) texnologiyası;
(2) DKDP-ni qazanc mühiti kimi istifadə edərək, ultra genişzolaqlı faza uyğunluğu 910 nm dalğa uzunluğuna yaxın həyata keçirilir;
(3) Parametrik gücləndiricini vurmaq üçün nəbz enerjisi minlərlə joul olan böyük diafraqmalı neodim şüşə lazerdən istifadə olunur.
Ultra genişzolaqlı faza uyğunluğu bir çox kristalda geniş yayılmışdır və OPCPA femtosaniyə lazerlərində istifadə olunur. DKDP kristallarından istifadə olunur, çünki onlar praktikada tapılan yeganə materialdır ki, onlar diyaframı onlarla santimetrə qədər böyüdə bilirlər və eyni zamanda çox PW gücünün gücləndirilməsini dəstəkləmək üçün məqbul optik keyfiyyətlərə malikdirlər.lazerlər. Müəyyən edilmişdir ki, DKDP kristalı ND şüşə lazerinin ikiqat tezlikli işığı ilə vurulduqda, gücləndirilmiş impulsun daşıyıcı dalğa uzunluğu 910 nm olarsa, dalğa vektorunun uyğunsuzluğunun Taylor genişlənməsinin ilk üç şərti 0-dır.
Şəkil 1 XCELS lazer sisteminin sxematik sxemidir. Ön hissə mərkəzi dalğa uzunluğu 910 nm (Şəkil 1-də 1.3) və OPCPA nasoslu lazerə yeridilmiş 1054 nm nanosaniyə impulsları (Şəkil 1-də 1.1 və 1.2) olan cingiltili femtosaniyə impulsları yaratdı. Ön hissə də bu impulsların sinxronizasiyasını, həmçinin tələb olunan enerji və məkan-zaman parametrlərini təmin edir. Daha yüksək təkrarlama sürətində (1 Hz) işləyən aralıq OPCPA cıvıltılı nəbzi onlarla joule qədər gücləndirir (Şəkil 1-də 2). Nəbz 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 impulslarının hər biri kilojoul səviyyəsinə qədər gücləndirilir (Şəkil 1-də 5) və sonra 12 sıxılma barmaqlığı ilə sıxılır (Şəkil 1-də 6 GC). Akusto-optik proqramlaşdırıla bilən dispersiya filtri, mümkün olan ən kiçik impuls genişliyini əldə etmək üçün qrup sürət dispersiyasını və yüksək nizamlı dispersiyanı dəqiq idarə etmək üçün ön hissədə istifadə olunur. Nəbz spektri təxminən 12-ci dərəcəli superqaus formasına malikdir və maksimum dəyərin 1% -ində spektral bant genişliyi 150 nm-dir, Furye transformasiyasının həddi impuls eni 17 fs-ə uyğundur. Natamam dispersiya kompensasiyasını və parametrik gücləndiricilərdə qeyri-xətti faza kompensasiyasının çətinliyini nəzərə alsaq, gözlənilən impuls eni 20 fs-dir.
XCELS lazeri iki 8 kanallı UFL-2M neodimium şüşə lazer tezliyi ikiqat artırma modulundan istifadə edəcək (Şəkil 1-də 3), bunlardan 13 kanal Booster OPCPA-nı və 12 son OPCPA-nı vurmaq üçün istifadə olunacaq. Qalan üç kanal müstəqil nanosaniyə kilojoule impuls kimi istifadə olunacaqlazer mənbələridigər təcrübələr üçün. DKDP kristallarının optik parçalanma həddi ilə məhdudlaşaraq, vurulan impulsun şüalanma intensivliyi hər kanal üçün 1,5 GW/sm2 olaraq təyin edilir və müddəti 3,5 ns-dir.
XCELS lazerinin hər bir kanalı 50 PW gücündə impulslar istehsal edir. Cəmi 12 kanal 600 PW ümumi çıxış gücünü təmin edir. Əsas hədəf kamerada, ideal şəraitdə hər bir kanalın maksimum fokuslanma intensivliyi 0,44×1025 Vt/sm2 təşkil edir, nəzərə alsaq ki, F/1 fokuslama elementləri fokuslanma üçün istifadə olunur. Hər bir kanalın nəbzi post-kompressiya texnikası ilə əlavə olaraq 2,6 fs-ə qədər sıxılırsa, müvafiq çıxış impulsunun gücü 2,0×1025 Vt/sm2 işıq intensivliyinə uyğun olaraq 230 PW-a qədər artırılacaqdır.
Daha böyük işıq intensivliyinə nail olmaq üçün 600 PW çıxışında 12 kanaldakı işıq impulsları Şəkil 2-də göstərildiyi kimi tərs dipol şüalanma həndəsəsinə fokuslanacaq. Hər bir kanalda nəbz fazası kilidlənmədikdə, fokus intensivliyi dəyişə bilər. 9×1025 Vt/sm2-ə çatır. Hər bir impuls fazası kilidlənərsə və sinxronlaşdırılarsa, nəticədə ardıcıl işıq intensivliyi 3,2×1026 Vt/sm2-ə qədər artırılacaqdır. 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 kateqoriya üzrə təcrübələr aparmağı planlaşdırır: intensiv lazer sahələrində kvant elektrodinamika prosesləri; hissəciklərin istehsalı və sürətləndirilməsi; ikincil elektromaqnit şüalanmasının yaranması; Laboratoriya astrofizikası, yüksək enerji sıxlığı prosesləri və diaqnostik tədqiqatlar.
ŞEK. 2 Əsas hədəf kamerada fokuslanan həndəsə. Aydınlıq üçün şüa 6-nın parabolik güzgüsü şəffafdır və giriş və çıxış şüaları yalnız iki kanal 1 və 7-ni göstərir.
Şəkil 3 eksperimental binada XCELS lazer sisteminin hər bir funksional sahəsinin məkan planını göstərir. Zirzəmidə elektrik, vakuum nasosları, suyun təmizlənməsi, təmizlənməsi və kondisioneri var. Ümumi tikinti sahəsi 24.000 m2-dən çoxdur. Ümumi enerji istehlakı təxminən 7,5 MVt təşkil edir. Eksperimental bina hər biri iki ayrılmış bünövrə üzərində qurulmuş daxili içi boş ümumi çərçivədən və xarici hissədən ibarətdir. Vakuum və digər vibrasiya yaradan sistemlər vibrasiyadan təcrid olunmuş bünövrəyə quraşdırılır ki, təməl və dayaq vasitəsilə lazer sisteminə ötürülən pozuntunun amplitudası 10-10 q2/Hz-dən aşağı endirilir. 1-200 Hz. Bundan əlavə, yerin və avadanlıqların sürüşməsinə sistemli şəkildə nəzarət etmək üçün lazer zalında geodeziya istinad markerləri şəbəkəsi yaradılmışdır.
XCELS layihəsi son dərəcə yüksək zirvə gücünə malik lazerlərə əsaslanan böyük elmi tədqiqat obyekti yaratmağı hədəfləyir. XCELS lazer sisteminin bir kanalı 1024 Vt/sm2-dən bir neçə dəfə yüksək fokuslanmış işıq intensivliyini təmin edə bilər ki, bu da sıxılmadan sonrakı texnologiya ilə 1025 Vt/sm2-dən artıq ola bilər. Lazer sistemindəki 12 kanaldan dipol fokuslanan impulslar vasitəsilə hətta sıxılmadan sonrakı və faza kilidləmə olmadan da 1026 Vt/sm2-ə yaxın intensivliyə nail olmaq olar. Kanallar arasında faza sinxronizasiyası kilidlənirsə, işıq intensivliyi bir neçə dəfə yüksək olacaq. Bu rekord qıran impuls intensivliklərindən və çoxkanallı şüa sxemindən istifadə edərək, gələcək XCELS qurğusu son dərəcə yüksək intensivliyə, mürəkkəb işıq sahəsi paylanmasına malik eksperimentlər həyata keçirə və çoxkanallı lazer şüaları və ikincili şüalanmadan istifadə edərək qarşılıqlı təsirləri diaqnostika edə biləcək. Bu, super güclü elektromaqnit sahəsinin eksperimental fizikası sahəsində unikal rol oynayacaq.
Göndərmə vaxtı: 26 mart 2024-cü il