Yaqinda Rossiya Fanlar akademiyasining Amaliy fizika instituti eXawatt Ekstremal yorug'likni o'rganish markazini (XCELS) taqdim etdi, bu juda katta ilmiy qurilmalarga asoslangan tadqiqot dasturi.yuqori quvvatli lazerlar. Loyiha juda qurilishni o'z ichiga oladiyuqori quvvatli lazerkatta diafragma kaliy dideyteriy fosfat (DKDP, KD2PO4 kimyoviy formulasi) kristallarida optik parametrik chirped pulsni kuchaytirish texnologiyasiga asoslangan bo'lib, kutilgan umumiy chiqishi 600 PW eng yuqori quvvat impulslari bilan. Ushbu ish XCELS loyihasi va uning lazer tizimlari haqida muhim tafsilotlar va tadqiqot natijalarini taqdim etadi, ultra kuchli yorug'lik maydoni o'zaro ta'siri bilan bog'liq ilovalar va potentsial ta'sirlarni tavsiflaydi.
XCELS dasturi 2011-yilda taklif qilingan bo'lib, dastlabki maqsad eng yuqori quvvatga erishishdir.lazer200 PW impuls chiqishi, hozirda u 600 PW ga ko'tariladi. Uninglazer tizimiuchta asosiy texnologiyaga tayanadi:
(1) Optik Parametrik Chirped Pulse Amplification (OPCPA) texnologiyasi an'anaviy Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) o'rniga ishlatiladi. CPA) texnologiyasi;
(2) DKDP ni daromad vositasi sifatida ishlatganda, ultra keng polosali faza moslashuvi 910 nm to'lqin uzunligi yaqinida amalga oshiriladi;
(3) Parametrik kuchaytirgichni pompalash uchun puls energiyasi minglab joul bo'lgan katta diafragma neodimiy shisha lazer ishlatiladi.
Ultra keng polosali fazalarni moslashtirish ko'plab kristallarda keng tarqalgan va OPCPA femtosekund lazerlarida qo'llaniladi. DKDP kristallari amalda topilgan yagona material bo'lib, ular o'nlab santimetr diafragmagacha o'stirilishi mumkin va shu bilan birga ko'p quvvatli quvvatni kuchaytirishni qo'llab-quvvatlash uchun maqbul optik xususiyatlarga ega bo'lganligi sababli ishlatiladi.lazerlar. Aniqlanishicha, DKDP kristalli ND shisha lazerining ikki chastotali nuri bilan pompalanganda, kuchaytirilgan impulsning tashuvchisi to'lqin uzunligi 910 nm bo'lsa, to'lqin vektorining mos kelmasligining Teylor kengayishining dastlabki uchta sharti 0 ga teng.
1-rasm XCELS lazer tizimining sxematik sxemasi. Old tomon markaziy to'lqin uzunligi 910 nm (1-rasmda 1,3) va OPCPA pompalanadigan lazerga kiritilgan 1054 nm nanosoniyali impulslar (1-rasmda 1,1 va 1,2) bilan chiyillagan femtosekund impulslarini yaratdi. Old qism, shuningdek, bu impulslarning sinxronlanishini, shuningdek, zarur energiya va fazoviy vaqt parametrlarini ta'minlaydi. Yuqori takrorlash tezligida (1 Gts) ishlaydigan oraliq OPCPA jiringlagan pulsni o'nlab joulga oshiradi (1-rasmda 2). Puls Booster OPCPA tomonidan bir kilojoul nuriga yanada kuchaytiriladi va 12 ta bir xil pastki nurlarga bo'linadi (1-rasmda 4). Yakuniy 12 ta OPCPAda 12 ta jiringlagan yorug'lik impulslarining har biri kilojoul darajasiga ko'tariladi (1-rasmda 5 ta) va keyin 12 ta siqish panjaralari bilan siqiladi (1-rasmda 6 GC). Akusto-optik dasturlashtiriladigan dispersiya filtri eng kichik impuls kengligini olish uchun guruh tezligi dispersiyasini va yuqori tartibli dispersiyani aniq nazorat qilish uchun old tomonda ishlatiladi. Impuls spektri deyarli 12-tartibli supergauss shakliga ega va maksimal qiymatning 1% da spektral tarmoqli kengligi 150 nm ni tashkil qiladi, bu Furye transformatsiyasi chegarasi impuls kengligi 17 fs ga mos keladi. To'liq bo'lmagan dispersiya kompensatsiyasi va parametrik kuchaytirgichlarda nochiziqli faza kompensatsiyasining qiyinligini hisobga olsak, kutilayotgan impuls kengligi 20 fs ni tashkil qiladi.
XCELS lazerida ikkita 8 kanalli UFL-2M neodimiy shisha lazer chastotasini ikki barobar oshirish moduli (1-rasmda 3 ta), ulardan 13 tasi Booster OPCPA va 12 ta yakuniy OPCPA pompasi uchun ishlatiladi. Qolgan uchta kanal mustaqil nanosekundli kilojoul impuls sifatida ishlatiladilazer manbalariboshqa tajribalar uchun. DKDP kristallarining optik parchalanish chegarasi bilan cheklangan, pompalanadigan pulsning nurlanish intensivligi har bir kanal uchun 1,5 GVt / sm2 ga o'rnatiladi va davomiyligi 3,5 ns.
XCELS lazerining har bir kanali 50 PW quvvatga ega impulslarni ishlab chiqaradi. Jami 12 ta kanal 600 PW umumiy chiqish quvvatini ta'minlaydi. Asosiy maqsadli kamerada ideal sharoitda har bir kanalning maksimal fokuslash intensivligi 0,44×1025 Vt/sm2 ni tashkil qiladi, agar fokuslash uchun F/1 fokuslash elementlari ishlatiladi. Agar har bir kanalning impulsi post-siqishni texnikasi bilan 2,6 fs ga qo'shimcha siqilgan bo'lsa, mos keladigan chiqish impuls quvvati 2,0 × 1025 Vt / sm2 yorug'lik intensivligiga mos keladigan 230 PW ga oshiriladi.
Kattaroq yorug'lik intensivligiga erishish uchun 600 PW chiqishida 12 ta kanaldagi yorug'lik impulslari 2-rasmda ko'rsatilganidek, teskari dipol nurlanish geometriyasiga yo'naltiriladi. Har bir kanaldagi impuls fazasi qulflanmagan bo'lsa, fokus intensivligi mumkin. 9×1025 Vt/sm2 ga yetadi. Har bir impuls fazasi qulflangan va sinxronlashtirilgan bo'lsa, kogerent natijada yorug'lik intensivligi 3,2 × 1026 Vt / sm2 ga oshiriladi. Asosiy maqsadli xonaga qo'shimcha ravishda, XCELS loyihasi 10 tagacha foydalanuvchi laboratoriyalarini o'z ichiga oladi, ularning har biri tajribalar uchun bir yoki bir nechta nurlarni oladi. Ushbu o'ta kuchli yorug'lik maydonidan foydalanib, XCELS loyihasi to'rtta toifada tajribalar o'tkazishni rejalashtirmoqda: intensiv lazer maydonlarida kvant elektrodinamika jarayonlari; Zarrachalarni ishlab chiqarish va tezlashtirish; Ikkilamchi elektromagnit nurlanish hosil bo'lishi; Laboratoriya astrofizikasi, yuqori energiya zichligi jarayonlari va diagnostika tadqiqotlari.
ANJIR. 2 Asosiy maqsadli kamerada fokuslash geometriyasi. Aniqlik uchun 6-nurning parabolik oynasi shaffof qilib o'rnatiladi va kirish va chiqish nurlari faqat ikkita kanal 1 va 7 ni ko'rsatadi.
3-rasmda eksperimental binodagi XCELS lazer tizimining har bir funktsional maydonining fazoviy joylashuvi ko'rsatilgan. Elektr, vakuum nasoslari, suvni tozalash, tozalash va konditsionerlar podvalda joylashgan. Qurilishning umumiy maydoni 24 000 m2 dan ortiq. Umumiy quvvat iste'moli taxminan 7,5 MVtni tashkil qiladi. Eksperimental bino ichki bo'shliqli umumiy ramkadan va har biri ikkita ajratilgan poydevorga qurilgan tashqi qismdan iborat. Vakuum va boshqa tebranish qo'zg'atuvchi tizimlar tebranishdan izolyatsiya qilingan poydevorga o'rnatiladi, shunda poydevor va tayanch orqali lazer tizimiga uzatiladigan buzilish amplitudasi chastota diapazonida 10-10 g2 / Gts dan kam bo'ladi. 1-200 Gts. Bundan tashqari, lazer zalida tuproq va jihozlarning siljishini tizimli ravishda kuzatib borish uchun geodezik mos yozuvlar belgilari tarmog'i tashkil etilgan.
XCELS loyihasi o'ta yuqori quvvatli lazerlarga asoslangan yirik ilmiy tadqiqot ob'ektini yaratishga qaratilgan. XCELS lazer tizimining bir kanali fokuslangan yorug'lik intensivligini 1024 Vt/sm2 dan bir necha baravar yuqori bo'lishini ta'minlashi mumkin, bu esa siqilishdan keyingi texnologiya yordamida 1025 Vt/sm2 ga oshishi mumkin. Lazer tizimidagi 12 ta kanaldan dipolga qaratilgan impulslar yordamida siqilishdan keyingi va fazali blokirovkasiz ham 1026 Vt/sm2 ga yaqin intensivlikka erishish mumkin. Kanallar orasidagi faza sinxronizatsiyasi qulflangan bo'lsa, yorug'lik intensivligi bir necha baravar yuqori bo'ladi. Ushbu rekord darajadagi impuls intensivligi va ko'p kanalli nurlar sxemasidan foydalangan holda, kelajakdagi XCELS qurilmasi juda yuqori intensivlik, murakkab yorug'lik maydoni taqsimoti bilan tajribalar o'tkazishi va ko'p kanalli lazer nurlari va ikkilamchi nurlanishdan foydalangan holda o'zaro ta'sirlarni tashxislashi mumkin. Bu o'ta kuchli elektromagnit maydon eksperimental fizikasi sohasida o'ziga xos rol o'ynaydi.
Xabar vaqti: 26-mart-2024-yil