Koartlyn yntrodusearre it Ynstitút foar Applied Physics fan 'e Russyske Akademy fan Wittenskippen it eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), in ûndersyksprogramma foar grutte wittenskiplike apparaten basearre op ekstreemhege macht lasers. It projekt omfettet de bou fan in tigehege macht laserbasearre op optyske parametryske chirped puls amplification technology yn grutte aperture kalium dideuterium phosphate (DKDP, gemyske formule KD2PO4) kristallen, mei in ferwachte totale útfier fan 600 PW peak macht pulses. Dit wurk leveret wichtige details en ûndersyksbefinings oer it XCELS-projekt en har lasersystemen, beskriuwt applikaasjes en potinsjele effekten relatearre oan ultra-sterke ljochtfjild-ynteraksjes.
It XCELS-programma waard yn 2011 foarsteld mei it earste doel om in pykkrêft te berikkenlaserpulsútfier fan 200 PW, dy't op it stuit opwurdearre is nei 600 PW. Itslaser systeemfertrout op trije wichtige technologyen:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) technology wurdt brûkt ynstee fan tradisjonele Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) technology;
(2) Mei help fan DKDP as de winst medium, ultra wideband faze matching wurdt realisearre tichtby 910 nm golflingte;
(3) In neodymiumglêslaser mei grutte diafragma mei in pulsenerzjy fan tûzenen joules wurdt brûkt om in parametryske fersterker te pompen.
Ultra-wideband-faze-oerienkomst wurdt breed fûn yn in protte kristallen en wurdt brûkt yn OPCPA femtosecond lasers. DKDP-kristallen wurde brûkt om't se it ienige materiaal binne dat yn 'e praktyk fûn wurdt dat kin wurde groeid oant tsientallen sintimeter diafragma en tagelyk akseptabele optyske kwaliteiten hawwe om de fersterking fan multi-PW-krêft te stypjenlasers. It wurdt fûn dat as it DKDP-kristal wurdt pompt troch it dûbelfrekwinsje-ljocht 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 tjirpele femtosecond-pulsen mei in sintrale golflingte fan 910 nm (1.3 yn figuer 1) en 1054 nm nanosecond-pulses ynjeksje yn 'e OPCPA-pompte laser (1.1 en 1.2 yn figuer 1). De foarkant soarget ek foar de syngronisaasje fan dizze pulsen lykas de fereaske enerzjy en spatiotemporale parameters. In tuskenlizzende OPCPA dy't wurket mei in hegere werhellingsfrekwinsje (1 Hz) fersterket de tjirpe puls nei tsientallen joules (2 yn figuer 1). De puls wurdt fierder fersterke troch de Booster OPCPA yn in inkele kilojoule-beam en ferdield yn 12 identike sub-beams (4 yn figuer 1). Yn 'e lêste 12 OPCPA wurdt elk fan' e 12 tjirpelde ljochtpulsen fersterke nei it kilojoule-nivo (5 yn figuer 1) en dan komprimearre troch 12 kompresjeroosters (GC fan 6 yn figuer 1). It akoesto-optysk programmeerbere dispersjonsfilter wurdt brûkt yn 'e foarkant om presys te kontrolearjen fan groepsnelheidsfersprieding en dispersje fan hege oarder, om sa de lytste mooglike pulsbreedte te krijen. It pulsspektrum hat in foarm fan hast 12e-order supergauss, en de spektrale bânbreedte by 1% fan 'e maksimale wearde is 150 nm, oerienkommende mei de Fourier-transformlimytpulsbreedte fan 17 fs. Sjoen de ûnfolsleine dispersjekompensaasje en de muoite fan netlineêre fazekompensaasje yn parametryske fersterkers, is de ferwachte pulsbreedte 20 fs.
De XCELS-laser sil twa 8-kanaals UFL-2M neodymium glêzen laserfrekwinsje ferdûbelingsmodules brûke (3 yn figuer 1), wêrfan 13 kanalen sille wurde brûkt om de Booster OPCPA en 12 finale OPCPA te pompen. De oerbleaune trije kanalen sille brûkt wurde as ûnôfhinklike nanosekonde kilojoule pulsedlaser boarnenfoar oare eksperiminten. Beheind troch de optyske ôfbraakdrompel 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 totale útfierkrêft 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 wurde brûkt foar it fokusjen. As de pols fan elk kanaal wurdt fierder komprimearre nei 2,6 fs troch post-kompresje technyk, de oerienkommende útfier pols macht wurdt ferhege nei 230 PW, oerienkommende mei de ljocht yntinsiteit fan 2,0 × 1025 W / cm2.
Om gruttere ljochtintensiteit te berikken, by 600 PW-útfier, sille de ljochtpulsen yn 'e 12-kanalen rjochte wurde yn' e mjitkunde fan omkearde dipole-strieling, lykas werjûn yn figuer 2. As de pulsfaze yn elk kanaal net sletten is, kin de fokusintensiteit kin berikke 9 × 1025 W / cm2. As elke pulsfaze is beskoattele en syngronisearre, wurdt de gearhingjende resultearjende ljochtintensiteit ferhege nei 3,2 × 1026 W / cm2. Neist de haaddoelkeamer omfettet it XCELS-projekt maksimaal 10 brûkerslaboratoaren, elk ûntfangt ien of mear balken foar eksperiminten. Mei help fan dit ekstreem sterke ljochtfjild is it XCELS-projekt fan plan om eksperiminten yn fjouwer kategoryen út te fieren: kwantumelektrodynamyske prosessen yn yntinsive laserfjilden; produksje en fersnelling fan dieltsjes; De generaasje fan sekundêre elektromagnetyske strieling; Laboratoariumastrofysika, prosessen mei hege enerzjytichtens en diagnostysk ûndersyk.
FIG. 2 Focusing mjitkunde yn 'e wichtichste doel keamer. Foar dúdlikens is de parabolyske spegel fan beam 6 ynsteld op transparant, en de ynfier- en útfierbalken litte mar twa kanalen 1 en 7 sjen
Figuer 3 toant de romtlike yndieling fan elk funksjoneel gebiet fan de XCELS laser systeem yn it eksperimintele gebou. Elektrisiteit, fakuümpompen, wettersuvering, suvering en airconditioning lizze yn 'e kelder. It totale bougebiet is mear as 24.000 m2. It totale enerzjyferbrûk is sawat 7,5 MW. It eksperimintele gebou bestiet út in ynterne holle totale frame en in eksterne seksje, elk boud op twa ûntkoppele fûneminten. It fakuüm en oare trillingsinducerende systemen wurde ynstalleare op 'e vibraasje-isolearre stifting, sadat de amplitude fan' e steuring oerbrocht nei it lasersysteem troch de stifting en stipe wurdt fermindere nei minder dan 10-10 g2 / Hz yn it frekwinsjeberik fan 1-200 Hz. Dêrneist is yn de laserhal in netwurk fan geodetyske referinsjemarkers opset om systematysk de drift fan de grûn en apparatuer te kontrolearjen.
It XCELS-projekt is fan doel in grutte wittenskiplike ûndersyksynstallaasje te meitsjen basearre op lasers mei ekstreem hege pykkrêft. Ien kanaal fan it XCELS-lasersysteem kin in fokusearre ljochtintensiteit ferskate kearen heger leverje as 1024 W / cm2, dy't fierder kin wurde oerbrocht troch 1025 W / cm2 mei post-kompresjetechnology. Troch dipoal-fokussearjende pulsen fan 12 kanalen yn it lasersysteem kin in yntensiteit tichtby 1026 W / cm2 wurde berikt sels sûnder post-kompresje en faze-locking. As de fazesyngronisaasje tusken kanalen is beskoattele, sil de ljochtintensiteit ferskate kearen heger wêze. Mei help fan dizze rekordbrekkende pulsintensiteiten en de multi-kanaal beam-yndieling sil de takomstige XCELS-foarsjenning eksperiminten kinne útfiere mei ekstreem hege yntensiteit, komplekse ljochtfjildferdielingen, en ynteraksjes diagnoaze mei multi-kanaal laserstralen en sekundêre strieling. Dit sil in unike rol spylje op it mêd fan supersterke eksperimintele fysika fan elektromagnetysk fjild.
Post tiid: Mar-26-2024