Жакында Россиянын Илимдер академиясынын Колдонмо физика институту eXawatt Centre for Extreme Light Study (XCELS) программасын ишке киргизди.жогорку кубаттуулуктагы лазерлер. Долбоор абдан курууну камтыйтжогорку кубаттуулуктагы лазерчоң диафрагма калий дидейтерий фосфатынын (DKDP, химиялык формула KD2PO4) кристаллдарындагы оптикалык параметрдик чиркөөлүү импульсту күчөтүү технологиясына негизделген, күтүлгөн жалпы чыгаруу 600 PW эң жогорку кубаттуулук импульстары менен. Бул эмгек XCELS долбоору жана анын лазердик системалары жөнүндө маанилүү деталдарды жана изилдөө жыйынтыктарын берет, тиркемелерди жана ультра күчтүү жарык талаасынын өз ара аракеттенүүсүнө байланыштуу потенциалдуу таасирлерди сүрөттөйт.
XCELS программасы 2011-жылы эң жогорку кубаттуулукка жетүү максаты менен сунушталганлазеримпульстун чыгышы 200 PW, ал учурда 600 PW чейин жаңыланган. Анынлазер системасыүч негизги технологияларга таянат:
(1) Оптикалык Параметрикалык Chirped Pulse Amplification (OPCPA) технологиясы салттуу Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) ордуна колдонулат. CPA) технология;
(2) DKDPди пайда кылуучу каражат катары колдонуу менен, 910 нм толкун узундугуна жакын ультра кең тилкелүү фазага дал келүү жүзөгө ашырылат;
(3) Импульстук энергиясы миңдеген джоуль болгон чоң диафрагмалуу неодим айнек лазери параметрдик күчөткүчтү насостоо үчүн колдонулат.
Ультра кенен тилкелүү фазага дал келүү көптөгөн кристаллдарда кеңири кездешет жана OPCPA фемтосекунд лазерлеринде колдонулат. DKDP кристаллдары колдонулат, анткени алар иш жүзүндө ондогон сантиметрге чейин өстүрүлө турган бирден-бир материал болуп саналат жана ошол эле учурда көп PW кубаттуулугун жогорулатууну колдоо үчүн алгылыктуу оптикалык сапаттарга ээ.лазерлер. DKDP кристаллына ND айнек лазеринин кош жыштык жарыгы менен сордурулганда, күчөтүлгөн импульстун алып жүрүүчү толкун узундугу 910 нм болсо, толкун векторунун дал келбестигинин Тейлор кеңейүүүнүн алгачкы үч мүчөсү 0гө барабар экени аныкталган.
1-сүрөт XCELS лазер системасынын схемалык схемасы. Алдыңкы бөлүк борбордук толкун узундугу 910 нм (1-сүрөттө 1.3) жана OPCPA насостук лазерине (1.1 жана 1.2-сүрөттө) сайылган 1054 нм наносекунд импульстары менен чырылдаган фемтосекунддук импульстарды жаратты. Алдыңкы бөлүк бул импульстардын синхрондоштуруусун, ошондой эле талап кылынган энергия жана мейкиндик-убакыт параметрлерин камсыздайт. Жогорку кайталануу ылдамдыгы (1 Гц) менен иштеген ортодогу OPCPA чыңылдаган импульсту ондогон джоулга чейин күчөтөт (1-сүрөттө 2). Импульс Booster OPCPA тарабынан бир киложоуль нуруна дагы күчөтүлөт жана 12 окшош суб-чуктарга бөлүнөт (1-сүрөттө 4). Акыркы 12 OPCPAда 12 чырылдаган жарык импульстарынын ар бири килоджоуль деңгээлине чейин күчөтүлөт (1-сүрөттө 5), андан кийин 12 кысуу торлору менен кысылган (1-сүрөттө 6 GC). Акусто-оптикалык программалануучу дисперсиялык чыпка топтун ылдамдыгынын дисперсиясын жана жогорку тартиптеги дисперсияны так көзөмөлдөө үчүн, импульстун эң кичине туурасын алуу үчүн алдыңкы бөлүктө колдонулат. Импульс спектри дээрлик 12-даражадагы супергаусс формасына ээ жана максималдуу чоңдуктун 1% спектрдик өткөрүү жөндөмдүүлүгү 150 нм, Фурье трансформациясынын импульстун 17 fs кеңдигине туура келет. Толук эмес дисперсиялык компенсацияны жана параметрдик күчөткүчтөрдөгү сызыктуу эмес фазалык компенсациянын кыйынчылыгын эске алганда, импульстун күтүлгөн кеңдиги 20 fs.
XCELS лазеринде эки 8 каналдуу UFL-2M неодимий айнек лазер жыштыгын эки эселенген модулдар (1-сүрөттө 3) иштейт, анын ичинен 13 канал Booster OPCPA жана 12 акыркы OPCPA сордурууга колдонулат. Калган үч канал көз карандысыз наносекунда киложоуль импульс катары колдонулатлазер булактарыбашка эксперименттер үчүн. DKDP кристаллдарынын оптикалык бузулуу босогосу менен чектелген, насостук импульстун нурлануу интенсивдүүлүгү ар бир канал үчүн 1,5 ГВт/см2 жана узактыгы 3,5 нс түзөт.
XCELS лазеринин ар бир каналы 50 PW кубаттуулуктагы импульстарды чыгарат. Жалпысынан 12 канал 600 PW жалпы чыгаруу кубаттуулугун камсыз кылат. Негизги максаттуу камерада, идеалдуу шарттарда ар бир каналдын максималдуу фокустоо интенсивдүүлүгү 0,44×1025 Вт/см2, эгерде фокустоо үчүн F/1 фокустоочу элементтер колдонулат деп ойлосок. Эгерде ар бир каналдын импульсу кийинки кысуу техникасы менен 2,6 fs чейин кысылган болсо, тиешелүү чыгуу импульстук кубаттуулугу 2,0×1025 Вт/см2 жарыктын интенсивдүүлүгүнө туура келген 230 PW чейин көбөйөт.
Жарыктын көбүрөөк интенсивдүүлүгүнө жетүү үчүн, 600 PW чыгарууда, 12 каналдагы жарык импульстары 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй тескери диполдук нурлануунун геометриясына багытталат. Ар бир каналдагы импульс фазасы кулпуланган эмес, фокустун интенсивдүүлүгү 9×1025 Вт/см2 жетет. Ар бир импульс фазасы кулпуланып, синхрондолуп калса, когеренттүү натыйжадагы жарык интенсивдүүлүгү 3,2×1026 Вт/см2ге чейин көбөйөт. Негизги максаттуу бөлмөдөн тышкары, XCELS долбоору 10 колдонуучу лабораториясын камтыйт, алардын ар бири эксперименттер үчүн бир же бир нече нурларды алат. Бул өтө күчтүү жарык талаасын колдонуп, XCELS долбоору төрт категорияда эксперименттерди жүргүзүүнү пландаштырууда: интенсивдүү лазердик талааларда кванттык электродинамикалык процесстер; бөлүкчөлөрдү өндүрүү жана тездетүү; экинчилик электромагниттик нурлануунун пайда болушу; Лабораториялык астрофизика, жогорку энергия тыгыздыгы процесстери жана диагностикалык изилдөөлөр.
FIG. 2 Негизги максаттуу камерада геометрияны фокустоо. Түшүнүктүү болушу үчүн, 6 нурунун параболикалык күзгүсү тунук болуп орнотулган, ал эми кириш жана чыгуу нурлары эки гана каналды 1 жана 7 көрсөтөт.
3-сүрөттө эксперименталдык имараттагы XCELS лазердик системасынын ар бир функционалдык аймагынын мейкиндик схемасы көрсөтүлгөн. Подвалда электр жарыгы, вакуумдук насостор, суу тазалоо, тазалоо жана кондициялоо орнотулган. Курулуштун жалпы аянты 24000 м2ден ашык. Жалпы электр керектөө болжол менен 7,5 МВт. Эксперименталдык имарат ички көңдөй жалпы рамкадан жана ар бири эки ажыратылган пайдубалга курулган тышкы бөлүктөн турат. Вакуумдук жана башка титирөөнү пайда кылуучу системалар титирөөдөн изоляцияланган фундаментке орнотулат, ошентип фундамент жана таяныч аркылуу лазердик системага берилүүчү бузулуунун амплитудасы 10-10 г2/Гц жыштык диапазонунда азаят. 1-200 Гц. Мындан тышкары, лазердик залда жердин жана жабдуулардын жылышына системалуу түрдө байкоо жүргүзүү үчүн геодезиялык маалымдама маркерлердин тармагы түзүлгөн.
XCELS долбоору абдан жогорку чокусу кубаттуу лазерлердин негизинде ири илимий изилдөө мекемесин түзүүгө багытталган. XCELS лазердик тутумунун бир каналы 1024 Вт/см2ден бир нече эсе жогору багытталган жарык интенсивдүүлүгүн камсыздай алат, андан кийин компрессиядан кийинки технология менен 1025 Вт/см2 ашса болот. Лазердик системадагы 12 каналдан диполдук фокустоо импульстары аркылуу 1026 Вт/см2ге жакын интенсивдүүлүккө кысуудан кийинки жана фазалык блокировкасыз да жетишүүгө болот. Каналдар ортосундагы фазалык синхрондоштуруу кулпуланган болсо, жарык интенсивдүүлүгү бир нече эсе жогору болот. Бул рекорддук импульстун интенсивдүүлүгүн жана көп каналдуу нурлардын схемасын колдонуп, келечектеги XCELS объекти өтө жогорку интенсивдүү, татаал жарык талаасынын бөлүштүрүлүшү менен эксперименттерди жүргүзө алат жана көп каналдуу лазер нурларын жана экинчи нурланууну колдонуу менен өз ара аракеттенүүнү диагностикалай алат. Бул супер күчтүү электромагниттик талаа эксперименталдык физика тармагында уникалдуу ролду ойнойт.
Посттун убактысы: Мар-26-2024