Koartlyn hat it Ynstitút foar Tapaste Natuerkunde fan 'e Russyske Akademy fan Wittenskippen it eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS) yntrodusearre, in ûndersyksprogramma foar grutte wittenskiplike apparaten basearre op ekstreem ...hege krêft lasersIt projekt omfettet de bou fan in tigehege krêft laserbasearre op optyske parametryske sjirpende pulsfersterkingtechnology yn kaliumdideuteriumfosfaat (DKDP, gemyske formule KD2PO4) kristallen mei grutte aperture, mei in ferwachte totale útfier fan 600 PW peak power pulses. Dit wurk leveret wichtige details en ûndersyksresultaten oer it XCELS-projekt en syn lasersystemen, en beskriuwt tapassingen en potinsjele ynfloeden relatearre oan ultra-sterke ljochtfjildynteraksjes.
It XCELS-programma waard yn 2011 foarsteld mei it earste doel om in pykfermogen te berikken.laserpulsútfier fan 200 PW, dy't op it stuit opwurdearre is nei 600 PW. Synlasersysteembasearre op trije wichtige technologyen:
(1) Optyske Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) technology wurdt brûkt ynstee fan tradisjonele Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) technology;
(2) Mei DKDP as fersterkingsmedium wurdt ultrawideband faze-oanpassing realisearre tichtby 910 nm golflingte;
(3) In neodymiumglêslaser mei in grutte apertuer en in pulsenerzjy fan tûzenen joules wurdt brûkt om in parametryske fersterker te pompen.
Ultrawideband faze-oanpassing wurdt breed fûn yn in protte kristallen en wurdt brûkt yn OPCPA femtosekonde lasers. DKDP-kristallen wurde brûkt om't se it ienige materiaal binne dat yn 'e praktyk fûn wurdt dat kin wurde groeid ta tsientallen sintimeter diafragma en tagelyk akseptabele optyske kwaliteiten hawwe om de fersterking fan multi-PW-krêft te stypjen.lasersIt wurdt fûn dat as it DKDP-kristal pompt wurdt troch it dûbelfrekwinsjeljocht fan 'e ND-glêslaser, as de dragergolflingte fan 'e fersterke puls 910 nm is, de earste trije termen fan 'e Taylor-útwreiding fan 'e golfvektor-mismatch 0 binne.
Figuer 1 is in skematyske yndieling fan it XCELS-lasersysteem. De foarkant generearre tsjirpende femtosekondepulsen mei in sintrale golflingte fan 910 nm (1.3 yn Figuer 1) en 1054 nm nanosekondepulsen dy't yn 'e OPCPA-pomplaser ynjektearre waarden (1.1 en 1.2 yn Figuer 1). De foarkant soarget ek foar de syngronisaasje fan dizze pulsen, lykas de fereaske enerzjy- en spatiotemporele parameters. In tuskenlizzende OPCPA dy't wurket mei in hegere werhellingsfrekwinsje (1 Hz) fersterket de tsjirpende puls ta tsientallen joules (2 yn Figuer 1). De puls wurdt fierder fersterke troch de Booster OPCPA ta ien kilojoule-striel en ferdield yn 12 identike substrielen (4 yn Figuer 1). Yn 'e lêste 12 OPCPA wurdt elk fan' e 12 tsjirpende ljochtpulsen fersterke ta it kilojoule-nivo (5 yn Figuer 1) en dan komprimearre troch 12 kompresjeroosters (GC fan 6 yn Figuer 1). It akoesto-optyske programmeerbere ferspriedingsfilter wurdt brûkt yn 'e front-end om groepsnelheidsfersprieding en hege-oarderfersprieding presys te kontrolearjen, om sa de lytst mooglike pulsbreedte te krijen. It pulsspektrum hat in foarm fan hast 12e-oarder supergauss, en de spektrale bânbreedte by 1% fan 'e maksimale wearde is 150 nm, wat oerienkomt mei de Fourier-transformaasjelimytpulsbreedte fan 17 fs. Mei it each op 'e ûnfolsleine ferspriedingskompensaasje en de muoite fan net-lineare fazekompensaasje yn parametryske fersterkers, is de ferwachte pulsbreedte 20 fs.
De XCELS-laser sil twa 8-kanaals UFL-2M neodymiumglêslaserfrekwinsjeferdûbelingsmodules brûke (3 yn figuer 1), wêrfan 13 kanalen brûkt wurde sille om de Booster OPCPA te pompen en 12 definitive OPCPA. De oerbleaune trije kanalen sille brûkt wurde as ûnôfhinklike nanosekonde kilojoule pulsearre.laserboarnenfoar oare eksperiminten. Beheind troch de optyske trochbraakdrompel fan 'e DKDP-kristallen, is de bestralingsintensiteit fan 'e pompte puls ynsteld op 1,5 GW/cm2 foar elk kanaal en de doer is 3,5 ns.
Elk kanaal fan 'e XCELS-laser produseart pulsen mei in krêft fan 50 PW. In totaal fan 12 kanalen leverje in totaal útfierfermogen fan 600 PW. Yn 'e haaddoelkeamer is de maksimale fokusintensiteit fan elk kanaal ûnder ideale omstannichheden 0,44 × 1025 W/cm2, oannommen dat F/1-fokuseleminten brûkt wurde foar fokusjen. As de puls fan elk kanaal fierder komprimearre wurdt nei 2,6 fs troch postkompresjetechnyk, sil it oerienkommende útfierpulsfermogen ferhege wurde nei 230 PW, wat oerienkomt mei de ljochtintensiteit fan 2,0 × 1025 W/cm2.
Om in gruttere ljochtintensiteit te berikken, sille by in útfier fan 600 PW de ljochtpulsen yn 'e 12 kanalen fokussearre wurde yn 'e geometry fan inverse dipoolstrieling, lykas te sjen is yn figuer 2. As de pulsfaze yn elk kanaal net beskoattele is, kin de fokusintensiteit 9 × 1025 W/cm2 berikke. As elke pulsfaze beskoattele en syngronisearre is, sil de koherinte resultearjende ljochtintensiteit ferhege wurde nei 3,2 × 1026 W/cm2. Neist de haaddoelkeamer omfettet it XCELS-projekt maksimaal 10 brûkerslaboratoria, dy't elk ien of mear strielen ûntfange foar eksperiminten. Mei help fan dit ekstreem sterke ljochtfjild is it XCELS-projekt fan plan om eksperiminten út te fieren yn fjouwer kategoryen: kwantumelektrodynamyske prosessen yn intense laserfjilden; De produksje en fersnelling fan dieltsjes; De generaasje fan sekundêre elektromagnetyske strieling; Laboratoariumastrofysika, prosessen mei hege enerzjytichtens en diagnostysk ûndersyk.
FIG. 2 Fokusgeometry yn 'e haaddoelkeamer. Foar de dúdlikens is de parabolyske spegel fan striel 6 ynsteld op transparant, en de ynfier- en útfierstrielen litte allinich twa kanalen 1 en 7 sjen
Figuer 3 lit de romtlike yndieling sjen fan elk funksjoneel gebiet fan it XCELS-lasersysteem yn it eksperimintele gebou. Elektrisiteit, fakuümpompen, wettersuvering, suvering en airconditioning binne yn 'e kelder pleatst. It totale bougebiet is mear as 24.000 m2. It totale enerzjyferbrûk is sawat 7,5 MW. It eksperimintele gebou bestiet út in yntern hol algemien frame en in eksterne seksje, elk boud op twa ûntkoppelde fûneminten. De fakuüm- en oare trillingsindusearjende systemen binne ynstalleare op 'e trillings-isolearre fûnemint, sadat de amplitude fan 'e steuring dy't troch de fûnemint en stipe nei it lasersysteem wurdt oerbrocht, wurdt fermindere ta minder as 10-10 g2/Hz yn it frekwinsjeberik fan 1-200 Hz. Derneist is in netwurk fan geodetyske referinsjemarkers yn 'e laserhal ynsteld om systematysk de drift fan 'e grûn en apparatuer te kontrolearjen.
It XCELS-projekt hat as doel in grutte wittenskiplike ûndersyksfoarsjenning te meitsjen basearre op lasers mei ekstreem hege pykkrêft. Ien kanaal fan it XCELS-lasersysteem kin in fokussearre ljochtintensiteit leverje dy't ferskate kearen heger is as 1024 W/cm2, dy't fierder oertroffen wurde kin mei 1025 W/cm2 mei postkompresjetechnology. Troch dipool-fokussearjende pulsen fan 12 kanalen yn it lasersysteem kin in yntensiteit tichtby 1026 W/cm2 berikt wurde, sels sûnder postkompresje en fazefergrendeling. As de fazesynchronisaasje tusken kanalen beskoattele is, sil de ljochtintensiteit ferskate kearen heger wêze. Mei help fan dizze rekordbrekkende pulsintensiteiten en de mearkanaalsstrielingopmaak sil de takomstige XCELS-foarsjenning eksperiminten kinne útfiere mei ekstreem hege yntensiteit, komplekse ljochtfjildferdielingen, en ynteraksjes diagnostisearje mei mearkanaals laserstrielen en sekundêre strieling. Dit sil in unike rol spylje op it mêd fan eksperimintele natuerkunde fan supersterke elektromagnetyske fjilden.
Pleatsingstiid: 26 maart 2024