Yaqinda Rossiya Fanlar akademiyasining Amaliy fizika instituti juda katta ilmiy qurilmalar uchun tadqiqot dasturi bo'lgan eXawatt Ekstremal Yorug'likni o'rganish markazini (XCELS) taqdim etdi.yuqori quvvatli lazerlarLoyiha juda ko'p qurilishni o'z ichiga oladiyuqori quvvatli lazerKatta diafragmali kaliy dideuteriy fosfat (DKDP, KD2PO4 kimyoviy formulasi) kristallarida optik parametrik chirplangan impuls kuchaytirish texnologiyasiga asoslangan bo'lib, umumiy chiqishi 600 PW cho'qqi quvvat impulslari bo'lishi kutilmoqda. 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 qo'llanilishlar va potentsial ta'sirlarni tavsiflaydi.
XCELS dasturi 2011-yilda eng yuqori quvvatga erishish maqsadi bilan taklif qilingan edilazer200 PW impuls chiqishi, hozirda 600 PW ga yangilandi. Uninglazer tizimiuchta asosiy texnologiyaga asoslanadi:
(1) An'anaviy Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) texnologiyasi o'rniga Optik Parametrik Chirped Pulse Amplification (OPCPA) texnologiyasi qo'llaniladi;
(2) DKDP ni kuchaytirish vositasi sifatida qo'llash orqali 910 nm to'lqin uzunligiga yaqin ultra keng polosali faza moslashuvi amalga oshiriladi;
(3) Parametrik kuchaytirgichni pompalash uchun minglab joul impuls energiyasiga ega bo'lgan katta diafragmali neodimiy shisha lazer ishlatiladi.
Ultra keng polosali faza moslashuvi ko'plab kristallarda keng tarqalgan va OPCPA femtosekund lazerlarida qo'llaniladi. DKDP kristallari amalda o'nlab santimetr diafragmagacha o'stirilishi mumkin bo'lgan va shu bilan birga ko'p PW quvvatini kuchaytirishni qo'llab-quvvatlash uchun maqbul optik xususiyatlarga ega bo'lgan yagona material bo'lgani uchun ishlatiladi.lazerlarDKDP kristalli ND shisha lazerining ikki chastotali nuri bilan pompalanganda, agar kuchaytirilgan impulsning tashuvchi to'lqin uzunligi 910 nm bo'lsa, to'lqin vektori mos kelmasligining Teylor kengayishining dastlabki uchta hadi 0 ga teng ekanligi aniqlandi.
1-rasm XCELS lazer tizimining sxematik joylashuvidir. Old uchi markaziy to'lqin uzunligi 910 nm (1-rasmda 1,3) va OPCPA pompalanadigan lazerga yuborilgan 1054 nm nanosekundli impulslarni (1-rasmda 1,1 va 1,2) hosil qildi. Old uchi shuningdek, ushbu impulslarning sinxronizatsiyasini, shuningdek, kerakli energiya va fazoviy-vaqtinchalik parametrlarni ta'minlaydi. Yuqori takrorlash tezligida (1 Gts) ishlaydigan oraliq OPCPA impulsni o'nlab joullarga kuchaytiradi (1-rasmda 2). Impuls Booster OPCPA tomonidan bitta kilojoul nuriga kuchaytiriladi va 12 ta bir xil kichik nurlarga bo'linadi (1-rasmda 4 ta). Yakuniy 12 ta OPCPAda 12 ta impulsli yorug'lik impulslarining har biri kilojoul darajasiga kuchaytiriladi (1-rasmda 5 ta) va keyin 12 ta siqish panjaralari bilan siqiladi (1-rasmda 6 ta GC). Akusto-optik dasturlashtiriladigan dispersiya filtri guruh tezligi dispersiyasini va yuqori tartibli dispersiyani aniq boshqarish uchun oldingi qismda qo'llaniladi, bu esa eng kichik impuls kengligini olish imkonini beradi. Impuls spektri deyarli 12-tartibli supergauss shakliga ega va maksimal qiymatning 1% da spektral o'tkazish qobiliyati 150 nm ni tashkil qiladi, bu Furye konvertatsiya chegarasi impuls kengligining 17 fs ga to'g'ri keladi. To'liq bo'lmagan dispersiya kompensatsiyasi va parametrik kuchaytirgichlarda chiziqli bo'lmagan faza kompensatsiyasining qiyinligini hisobga olsak, kutilgan impuls kengligi 20 fs ni tashkil qiladi.
XCELS lazeri ikkita 8 kanalli UFL-2M neodimiy shisha lazer chastotasini ikki baravar oshirish modullaridan foydalanadi (1-rasmda 3 ta), ulardan 13 tasi Booster OPCPA ni va 12 tasi yakuniy OPCPA ni pompalash uchun ishlatiladi. Qolgan uchta kanal mustaqil nanosekundli impulsli kilojoul sifatida ishlatiladi.lazer manbalariboshqa tajribalar uchun. DKDP kristallarining optik parchalanish chegarasi bilan cheklangan holda, pompalanadigan impulsning nurlanish intensivligi har bir kanal uchun 1,5 GVt/sm2 ga o'rnatiladi va davomiyligi 3,5 ns ni tashkil qiladi.
XCELS lazerining har bir kanali 50 PVt quvvatga ega impulslarni ishlab chiqaradi. Jami 12 ta kanal 600 PVt umumiy chiqish quvvatini ta'minlaydi. Asosiy nishon kamerasida, F/1 fokuslash elementlari fokuslash uchun ishlatilgan deb faraz qilsak, ideal sharoitlarda har bir kanalning maksimal fokuslash intensivligi 0,44 × 1025 Vt/sm2 ni tashkil qiladi. Agar har bir kanalning impulsi post-siqish texnikasi yordamida 2,6 fs gacha qo'shimcha siqilsa, mos keladigan chiqish impulsi quvvati 230 PVt ga oshiriladi, bu 2,0 × 1025 Vt/sm2 yorug'lik intensivligiga mos keladi.
Yorug'lik intensivligining yuqori bo'lishiga erishish uchun, 600 PW chiqishida, 12 kanaldagi yorug'lik impulslari 2-rasmda ko'rsatilgandek, teskari dipol nurlanish geometriyasida fokuslanadi. Har bir kanaldagi impuls fazasi qulflanmaganida, fokus intensivligi 9 × 1025 Vt/sm2 ga yetishi mumkin. Agar har bir impuls fazasi qulflangan va sinxronlashtirilgan bo'lsa, natijada paydo bo'lgan kogerent yorug'lik intensivligi 3,2 × 1026 Vt/sm2 ga oshiriladi. Asosiy maqsadli xonadan tashqari, XCELS loyihasi 10 tagacha foydalanuvchi laboratoriyalarini o'z ichiga oladi, ularning har biri tajribalar uchun bir yoki bir nechta nurlarni qabul qiladi. Ushbu juda kuchli yorug'lik maydonidan foydalangan holda, XCELS loyihasi to'rtta toifada tajribalar o'tkazishni rejalashtirmoqda: intensiv lazer maydonlarida kvant elektrodinamika jarayonlari; Zarrachalarning ishlab chiqarilishi va tezlashishi; Ikkilamchi elektromagnit nurlanishni hosil qilish; Laboratoriya astrofizikasi, yuqori energiya zichligi jarayonlari va diagnostika tadqiqotlari.
2-rasm. Asosiy nishon kamerasida fokuslash geometriyasi. Aniqlik uchun 6-nurning parabolik oynasi shaffof holatga o'rnatilgan va kirish va chiqish nurlari faqat ikkita 1 va 7 kanallarini ko'rsatadi.
3-rasmda eksperimental binodagi XCELS lazer tizimining har bir funktsional maydonining fazoviy joylashuvi ko'rsatilgan. Elektr energiyasi, vakuum nasoslari, suvni tozalash, tozalash va konditsionerlash tizimlari podvalda joylashgan. Qurilishning umumiy maydoni 24 000 m2 dan ortiq. Umumiy energiya sarfi taxminan 7,5 MVt ni tashkil qiladi. Eksperimental bino ichki ichi bo'sh umumiy ramka va tashqi qismdan iborat bo'lib, ularning har biri ikkita ajratilgan poydevorga qurilgan. Vakuum va boshqa tebranishlarni keltirib chiqaradigan tizimlar tebranish izolyatsiya qilingan poydevorga o'rnatiladi, shunda poydevor va tayanch orqali lazer tizimiga uzatiladigan buzilish amplitudasi 1-200 Gts chastota diapazonida 10-10 g2/Hz dan kamroqqa kamayadi. Bundan tashqari, lazer zalida yer va uskunalarning siljishini tizimli ravishda kuzatib borish uchun geodezik mos yozuvlar belgilari tarmog'i o'rnatilgan.
XCELS loyihasi juda yuqori cho'qqili quvvat lazerlariga asoslangan yirik ilmiy tadqiqot muassasasini yaratishga qaratilgan. XCELS lazer tizimining bitta kanali 1024 Vt/sm2 dan bir necha baravar yuqori fokuslangan yorug'lik intensivligini ta'minlashi mumkin, bu esa post-siqilish texnologiyasi yordamida 1025 Vt/sm2 ga oshib ketishi mumkin. Lazer tizimidagi 12 ta kanaldan dipol-fokuslangan impulslar orqali post-siqilish va fazani qulflamasdan ham 1026 Vt/sm2 ga yaqin intensivlikka erishish mumkin. Agar 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 nurlanish sxemasidan foydalangan holda, kelajakdagi XCELS obyekti juda yuqori intensivlik, murakkab yorug'lik maydoni taqsimoti bilan tajribalar o'tkazish va ko'p kanalli lazer nurlari va ikkilamchi nurlanish yordamida o'zaro ta'sirlarni tashxislash imkoniyatiga ega bo'ladi. Bu juda kuchli elektromagnit maydon eksperimental fizikasi sohasida noyob rol o'ynaydi.
Nashr vaqti: 2024-yil 26-mart