Lastatempe, la Instituto pri Aplikata Fiziko de la Rusa Akademio de Sciencoj enkondukis la Exawatt -Centron por Ekstrema Lumo -Studo (XCELS), esplora programo por grandaj sciencaj aparatoj bazitaj sur ekstremeAltaj potencaj laseroj. La projekto inkluzivas la konstruadon de treAlta potenca laseroSurbaze de optika parametrika ĉirpita pulsa amplifila teknologio en granda aperturo -kalio -dideuterio -fosfato (DKDP, kemia formulo KD2PO4) kristaloj, kun atendita totala eligo de 600 PW -pintaj pulsoj. Ĉi tiu laboro provizas gravajn detalojn kaj esplorajn trovojn pri la XCELS-projekto kaj ĝiaj laseraj sistemoj, priskribante aplikojn kaj eblajn efikojn ligitajn al ultra-fortaj lumaj kampaj interagoj.
La programo Xcels estis proponita en 2011 kun la komenca celo atingi pintan potenconLaseroPulsa eligo de 200 PW, kiu estas nuntempe ĝisdatigita al 600 PW. ĜiaLasera sistemofidas je tri ŝlosilaj teknologioj:
(1) Optika parametrika ĉirpita pulsa amplifado (OPCPA) teknologio estas uzata anstataŭ tradicia ĉirpita pulsa amplifado (ĉirpita pulsa amplifado, OPCPA). CPA) teknologio;
(2) uzante DKDP kiel la gajno -mezumo, ultra larĝa bando -fazo -kongruado realiĝas proksime al 910 nm ondolongo;
(3) Granda apertura neodimia vitro -lasero kun pulsa energio de miloj da joules estas uzata por pumpi parametran amplifilon.
Ultra-larĝa bando-fazo-kongruado estas vaste trovita en multaj kristaloj kaj estas uzata en OPCPA-femtosekundaj laseroj. DKDP-kristaloj estas uzataj ĉar ili estas la sola materialo trovita en la praktiko, kiu povas esti kreskigita ĝis dekoj da centimetroj de aperturo kaj samtempe akcepteblas optikaj kvalitoj por subteni la amplifon de mult-PW-potencolaseroj. Estas trovite, ke kiam la DKDP -kristalo estas pumpita per la duobla frekvenca lumo de la ND -vitra lasero, se la portanta ondolongo de la amplifita pulso estas 910 nm, la unuaj tri terminoj de la Taylor -ekspansio de la ondo -vektoro estas 0.
Figuro 1 estas skema aranĝo de la Xcels -lasera sistemo. La antaŭa fino generis kirlitajn femtosekundajn pulsojn kun centra ondolongo de 910 nm (1.3 en Figuro 1) kaj 1054 nm nanosekundaj pulsoj injektitaj en la OPCPA pumpitan laseron (1.1 kaj 1.2 en Figuro 1). La antaŭa fino ankaŭ certigas la sinkronigon de ĉi tiuj pulsoj same kiel la bezonatajn energiojn kaj spatiotempajn parametrojn. Intermedia OPCPA funkcianta je pli alta ripeto -rapideco (1 Hz) amplifas la kriitan pulson al dekoj da joules (2 en Figuro 1). La pulso estas plue amplifita per la akcelilo OPCPA en ununuran kilojoule-trabon kaj dividita en 12 identajn subarbojn (4 en Figuro 1). En la finaj 12 OPCPA, ĉiu el la 12 kirlitaj lumaj pulsoj estas amplifita al la kilojoule -nivelo (5 en Figuro 1) kaj tiam kunpremita per 12 kunpremaj kradoj (GC de 6 en Figuro 1). La Acousto-optika programebla disvastiga filtrilo estas uzata en la antaŭa fino por precize kontroli grupan rapidan disvastiĝon kaj altan ordan disvastiĝon, por akiri la plej malgrandan eblan pulsan larĝon. La pulsa spektro havas formon de preskaŭ 12-orda supergauss, kaj la spektra larĝa bando je 1% de la maksimuma valoro estas 150 nm, responda al la larĝa pulso de la transforma transformo de 17 FS. Konsiderante la nekompletan disvastigan kompenson kaj la malfacilecon de nelinia fazo -kompenso en parametraj amplifiloj, la atendata pulsa larĝo estas 20 fs.
La XCELS-lasero uzos du 8-kanalan UFL-2M-neodimian vitran laseron-frekvencon duoblajn modulojn (3 en Figuro 1), el kiuj 13 kanaloj estos uzataj por pumpi la Booster OPCPA kaj 12 finan OPCPA. La ceteraj tri kanaloj estos uzataj kiel sendependa nanosekunda kilojoule pulsitalaseraj fontojpor aliaj eksperimentoj. Limigita de la optika rompa sojlo de la DKDP -kristaloj, la irradia intenseco de la pumpita pulso estas agordita al 1,5 GW/cm2 por ĉiu kanalo kaj la daŭro estas 3,5 ns.
Ĉiu kanalo de la Xcels -lasero produktas pulsojn kun potenco de 50 PW. Entute 12 kanaloj disponigas totalan elirejan potencon de 600 PW. En la ĉefa cela ĉambro, la maksimuma fokusa intenseco de ĉiu kanalo en idealaj kondiĉoj estas 0,44 × 1025 W/cm2, supozante ke F/1 fokusaj elementoj estas uzataj por fokuso. Se la pulso de ĉiu kanalo estas plue kunpremita al 2,6 FS per post-kunprema tekniko, la responda elira pulsa potenco estos pliigita al 230 PW, responda al la luma intenseco de 2,0 × 1025 W/cm2.
Por atingi pli grandan luman intensecon, ĉe 600 PW -eligo, la lumaj pulsoj en la 12 kanaloj koncentriĝos en la geometrio de inversa dipola radiado, kiel montras Figuro 2. Kiam la pulsa fazo en ĉiu kanalo ne estas ŝlosita, la fokusa intenseco povas atingi 9 × 1025 W/cm2. Se ĉiu pulsa fazo estas ŝlosita kaj sinkronigita, la kohera rezulta luma intenseco estos pliigita al 3,2 × 1026 W/cm2. Aldone al la ĉefa cela ĉambro, la projekto XCELS inkluzivas ĝis 10 uzantajn laboratoriojn, ĉiu ricevante unu aŭ plurajn trabojn por eksperimentoj. Uzante ĉi tiun ekstreme fortan luman kampon, la projekto XCELS planas efektivigi eksperimentojn en kvar kategorioj: kvantumaj elektrodinamikaj procezoj en intensaj laseraj kampoj; La produktado kaj akcelo de eroj; La generacio de malĉefa elektromagneta radiado; Laboratoria astrofiziko, procezoj de alta energia denseco kaj diagnoza esplorado.
Fig. 2 Fokusa geometrio en la ĉefa cela ĉambro. Por klareco, la parabola spegulo de trabo 6 estas agordita al travidebla, kaj la enigaj kaj eliraj traboj montras nur du kanalojn 1 kaj 7
Figuro 3 montras la spacan aranĝon de ĉiu funkcia areo de la XCELS -lasera sistemo en la eksperimenta konstruaĵo. Elektro, vakuaj pumpiloj, akva traktado, purigo kaj klimatizilo situas en la kelo. La totala konstrua areo estas pli ol 24.000 m2. La tuta konsumado de elektro estas ĉirkaŭ 7,5 MW. La eksperimenta konstruaĵo konsistas el interna kava totala kadro kaj ekstera sekcio, ĉiu konstruita sur du interkonstruitaj fundamentoj. La sistemoj de vakuo kaj aliaj vibrado estas instalitaj sur la vibro-izolita fundamento, tiel ke la amplekso de la perturbo transdonita al la lasera sistemo tra la fundamento kaj subteno reduktiĝas al malpli ol 10-10 G2/Hz en la frekvenca gamo de 1-200 Hz. Krome, reto de geodeziaj referencaj markiloj estas starigita en la lasera halo por sisteme monitori la drivon de la tero kaj ekipaĵo.
La projekto XCELS celas krei grandan sciencan esploran instalaĵon bazitan sur ekstreme altaj pintaj potencaj laseroj. Unu kanalo de la XCELS-lasera sistemo povas provizi fokusan luman intensecon plurfoje pli altan ol 1024 W/cm2, kiu povas esti plue superita per 1025 W/cm2 kun post-kunprema teknologio. Per dipol-fokusaj pulsoj el 12 kanaloj en la lasera sistemo, intenseco proksime al 1026 W/cm2 povas esti atingita eĉ sen post-kunpremo kaj fazo-ŝlosado. Se la fazo -sinkronigado inter kanaloj estas ŝlosita, la malpeza intenseco estos plurfoje pli alta. Uzante ĉi tiujn rekordajn pulsajn intensecojn kaj la multkanalan trabo-aranĝon, la estonta XCELS-instalaĵo povos plenumi eksperimentojn kun ekstreme alta intenseco, kompleksaj malpezaj kampaj distribuoj kaj diagnozi interagojn per multkanalaj laseraj traboj kaj malĉefa radiado. Ĉi tio ludos unikan rolon en la kampo de super-forta elektromagneta kampo eksperimenta fiziko.
Afiŝotempo: mar-26-2024