Hiljuti tutvustas Venemaa Teaduste Akadeemia rakendusfüüsika instituut Exawatt Extreme Light Study Study (XCELS), mis on suurte teadusseadmete uurimisprogramm, mis põhineb äärmiseltSuure võimsusega laserid. Projekt hõlmab vägasuure võimsusega laserTuginedes optilise parameetrilise siristatud impulsi amplifikatsioonitehnoloogiale suure ava kaalium -dideuteeriumfosfaadi (DKDP, keemiline valem KD2PO4) kristallidel, mille eeldatav koguvõimsus on 600 PW tippvõimsusi. See töö pakub olulisi üksikasju ja uurimistulemusi projekti XCELSi ja selle lasersüsteemide kohta, kirjeldades rakendusi ja võimalikke mõjusid, mis on seotud ülikerge valguse väljamõjudega.
XCELSi programm pakuti välja 2011. aastal, mille esialgne eesmärk on saavutada tippvõimsuslaserImpulsi väljund 200 PW, mis on praegu täiendatud 600 PW -ni. Omalasersüsteemtugineb kolmele peamisele tehnoloogiale:
(1) Optilise parameetrilise siristatud impulsi amplifikatsiooni (OPCPA) tehnoloogiat kasutatakse traditsioonilise siristatud impulsi amplifikatsiooni asemel (siristatud impulsi amplifikatsioon, OPCPA). CPA) tehnoloogia;
(2) kasutades DKDP -d võimenduse söötmena, realiseerub ultra lairibafaasi sobitamine 910 nm lainepikkuse lähedal;
(3) Parameetrilise võimendi pumpamiseks kasutatakse suurt ava -neodüümlaser, millel on tuhandete džaulide pulssienergia.
Ülimalt laikebaasi faasi sobitamine on laialdaselt leitud paljudes kristallides ja seda kasutatakse OPCPA femtosekundiliste laserite korral. Kasutatakse DKDP kristalle, kuna need on ainus materjal, mida praktikas leidub, mida saab kasvatada kümnete sentimeetriteni ja neil on samal ajal vastuvõetavad optilised omadused, et toetada mitme PW võimsuse võimendamistlaserid. Leitakse, et kui DKDP kristall pumbatakse ND -klaasist laseri topeltsagedusvalgustusega, kui amplifitseeritud impulsi kandelainepikkus on 910 nm, on lainevektori ebakõla taylori laienemise kolm esimest terminit 0.
Joonis 1 on XCelsi lasersüsteemi skemaatiline paigutus. Esiotsa genereeritud siristatud femtosekundilised impulsid, mille kesklainepikkus on 910 nm (1,3 joonisel 1) ja 1054 nm nanosekundilisi impulsse, mis on süstitud OPCPA pumbatud laserisse (1,1 ja 1,2 joonisel 1). Esiosa tagab ka nende impulsside sünkroonimise, samuti vajalikud energia- ja spatiotemporaalsed parameetrid. Vahepealne OPCPA, mis töötab kõrgema kordumiskiirusega (1 Hz), võimendab siristatud impulssi kümneteks džaulideks (2 joonisel 1). Pulsi amplifitseerib veelgi võimendus OPCPA üheks kilojouli talaks ja jaguneb 12 identseks alampasse (4 joonisel 1). Viimases 12 OPCPA -s võimendatakse iga 12 siristatud valgusempulssi kilojouli tasemeni (5 joonisel 1) ja surutakse seejärel kokku 12 pakkimisrestina (GC 6 joonis 1). Akusto-optilise programmeeritavat dispersioonifiltrit kasutatakse esiotsas, et täpseks juhtida rühma kiiruse dispersioon ja kõrge järgu dispersioon, et saada võimalikult väikseim impulsi laius. Impulsspektri kuju on peaaegu 12. järgu supergauss ja spektri ribalaius 1% maksimaalsest väärtusest on 150 nm, mis vastab Fourier Transformi piiride impulsi impulsi laiusele 17 fs. Arvestades mittetäielikku hajutatuse kompenseerimist ja mittelineaarse faasi kompenseerimise raskust parameetrilistes võimendites, on eeldatav impulsi laius 20 fs.
XCELS-laser kasutab kahte 8-kanalist UFL-2M neodüümklaasi lasersageduse kahekordistamismoodulit (joonis 1 3), millest 13 kanalit kasutatakse opcpA korduva pumpamiseks ja 12 lõplikku OPCPA. Ülejäänud kolme kanalit kasutatakse iseseisva nanosekundi kilojouli pulseeritunalaserallikadmuude katsete jaoks. Piiratud DKDP kristallide optilise jaotuslävega, seatakse pumbatud impulsi kiiritusintensiivsus iga kanali kohta 1,5 GW/cm2 ja kestus on 3,5 ns.
XCELS -laseri iga kanal toodab impulsse, mille võimsus on 50 pW. Kokku 12 kanalit annab kogu väljundvõimsuse 600 PW. Peamises sihtkambris on iga kanali maksimaalne fookuse intensiivsus ideaalsetes tingimustes 0,44 × 1025 W/cm2, eeldades, et keskendumiseks kasutatakse f/1 fookuse elemente. Kui iga kanali impulss surutakse kokku 2,6 FS-ni, mis on kokkusurumismeetodi abil, suurendatakse vastavat väljundmpulsi võimsust 230 pW-ni, mis vastab valguse intensiivsusele 2,0 × 1025 W/cm2.
Suurema valguse intensiivsuse saavutamiseks fookustatakse 600 pW väljundi juures 12 kanali valgusempulsid dipooli pöördkiirguse geomeetriasse, nagu on näidatud joonisel 2. Kui iga kanali pulsifaas pole lukustatud, võib fookuse intensiivsus ulatuda 9 × 1025 W/cm2. Kui iga impulsifaas on lukustatud ja sünkroniseeritud, suurendatakse sidusat valguse intensiivsust 3,2 × 1026 W/cm2 -ni. Lisaks peamisele sihtruumile sisaldab XCELSi projekt kuni 10 kasutajalaborit, igaüks saab katseks ühe või mitu tala. Seda äärmiselt tugevat valguvälja kasutades plaanib XCELSi projekti läbi viia katseid neljas kategoorias: kvant -elektrodünaamika protsessid intensiivsetes laserväljades; Osakeste tootmine ja kiirendamine; Sekundaarse elektromagnetilise kiirguse genereerimine; Laboratoorsed astrofüüsika, suure energiatihedusega protsessid ja diagnostilised uuringud.
Joonis fig. 2 Keskendumine geomeetria peamises sihtkambris. Selguse huvides on tala 6 paraboolne peegel seatud läbipaistvaks ning sisend- ja väljundtalad näitavad ainult kahte kanalit 1 ja 7
Joonis 3 näitab eksperimentaalses hoones XCELS -lasersüsteemi iga funktsionaalse piirkonna ruumilist paigutust. Keldris asuvad elekter, vaakumpumbad, veepuhastus, puhastamine ja kliimaseade. Kogu ehitusala on üle 24 000 m2. Kogu energiatarve on umbes 7,5 MW. Eksperimentaalne hoone koosneb sisemisest õõnesraamistikust ja välisest sektsioonist, millest igaüks on ehitatud kahele lahtisisutusele. Vibratsiooni-isoleeritud vundamendile on paigaldatud vaakum ja muud vibratsiooni esilekutsuvad süsteemid, nii et vundamendi ja toe kaudu lasersüsteemile edastatud häire amplituud vähendatakse sagedusvahemikus 1-200 Hz alla 10-10 G2/Hz. Lisaks on lasersaalis üles seatud geodeetiliste võrdlusmarkerite võrk, et süstemaatiliselt jälgida maapinna ja seadmete triivi.
XCELSi projekti eesmärk on luua suur teaduslik uurimisvõimalus, mis põhineb äärmiselt kõrgel võimsusega laseritel. XCELS-lasersüsteemi üks kanal võib pakkuda fokuseeritud valguse intensiivsust mitu korda kõrgemal kui 1024 W/cm2, mida saab postkompressioonitehnoloogiaga veelgi ületada 1025 W/cm2. Dipoolkesksetele impulssidele 12 kanalilt lasersüsteemis saab intensiivsust 1026 W/cm2 lähedale isegi ilma kokkusurumise ja faasi lukustuseta. Kui faaside sünkroonimine kanalite vahel on lukus, on valguse intensiivsus mitu korda suurem. Kasutades neid rekordilisi impulsi intensiivsusi ja mitme kanaliga tala paigutust, suudab tulevane XCELS-i rajatis läbi viia eksperimente äärmiselt suure intensiivsusega, keerukate valguväljade jaotustega ning diagnoosida interaktsioone, kasutades mitme kanaliga laserkiirte ja sekundaarset kiirgust. See mängib ainulaadset rolli ülitugeva elektromagnetilise välja eksperimentaalse füüsika valdkonnas.
Postiaeg: 26.-26-2024