Lastatempe, la Instituto de Aplikata Fiziko de la Rusa Akademio de Sciencoj prezentis la eXawatt Centron por Ekstrema Lumo-Studado (XCELS), esplorprogramon por grandaj sciencaj aparatoj bazitaj sur ekstreme.alta potenco laseroj. La projekto inkluzivas la konstruadon de trealta potenco laserosurbaze de optikaj parametrikaj ĉirpitaj pulso-amplifa teknologio en granda aperturo kalio-dideŭterio fosfato (DKDP, kemia formulo KD2PO4) kristaloj, kun atendata totala produktado de 600 PW-pinta potenco-pulsoj. Ĉi tiu laboro disponigas gravajn detalojn kaj esplortrovojn pri la XCELS-projekto kaj ĝiaj lasersistemoj, priskribante aplikojn kaj eblajn efikojn ligitajn al ultra-fortaj lumkampaj interagoj.
La XCELS-programo estis proponita en 2011 kun la komenca celo de atingado de pintpotencolaseropulsproduktado de 200 PW, kiu estas nuntempe ĝisdatigita al 600 PW. Ĝialasera sistemodependas de tri ŝlosilaj teknologioj:
(1) La teknologio de Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) estas uzata anstataŭ tradicia Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) teknologio;
(2) Uzante DKDP kiel la gajnan medion, ultra larĝa bando fazkongruo realiĝas proksime de 910 nm ondolongo;
(3) Granda aperturo neodima vitrolasero kun pulsenergio de miloj da ĵuloj estas uzata por pumpi parametrikan amplifilon.
Ultra-larĝbenda fazkongruo estas vaste trovita en multaj kristaloj kaj estas uzita en OPCPA femtosekundaj laseroj. DKDP-kristaloj estas uzataj ĉar ili estas la nura materialo trovita en praktiko, kiu povas esti kreskigita ĝis dekoj da centimetroj da aperturo kaj samtempe havas akcepteblajn optikajn kvalitojn por subteni la plifortigon de multi-PW-potenco.laseroj. 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 plifortigita pulso estas 910 nm, la unuaj tri esprimoj de la Taylor-vastiĝo de la ondo vektora miskongruo estas 0.
Figuro 1 estas skema aranĝo de la XCELS lasersistemo. La antaŭa finaĵo generis ĉirpitaj femtosekundaj pulsoj 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 finaĵo ankaŭ certigas la sinkronigon de ĉi tiuj pulsoj same kiel la postulatajn energiojn kaj spatiotempajn parametrojn. Meza OPCPA funkciiganta kun pli alta ripetofteco (1 Hz) plifortigas la pepan pulson al dekoj da ĵuloj (2 en Figuro 1). La pulso estas plue plifortigita fare de la Booster OPCPA en ununuran kilojulan trabon kaj dividita en 12 identajn sub-trabojn (4 en Figuro 1). En la finaj 12 OPCPA, ĉiu el la 12 ĉirpitaj lumpulsoj estas plifortigita al la kilojulnivelo (5 en Figuro 1) kaj tiam kunpremita per 12 kunpremaj kradoj (GC de 6 en Figuro 1). La akusto-optika programebla disvastigfiltrilo estas uzata en la antaŭa fino por precize kontroli grupan rapidecan disvastiĝon kaj altan ordan disvastiĝon, por akiri la plej malgrandan eblan pulslarĝon. La pulsspektro havas formon de preskaŭ 12-a-orda supergauss, kaj la spektra bendolarĝo ĉe 1% de la maksimuma valoro estas 150 nm, egalrilatante al la Fourier transformita limo pulslarĝo de 17 fs. Konsiderante la nekompletan disperskompenson kaj la malfacilecon de nelinia fazkompenso en parametrikaj amplifiloj, la atendata pulslarĝo estas 20 fs.
La XCELS-lasero uzos du 8-kanalojn UFL-2M-neodimiajn vitro-laser-frekvencduobligajn modulojn (3 en Figuro 1), el kiuj 13 kanaloj estos uzitaj por pumpi la Booster OPCPA kaj 12 finan OPCPA. La ceteraj tri kanaloj estos uzataj kiel sendependa nanosekunda kilojulo pulsitalaseraj fontojpor aliaj eksperimentoj. Limigita per la optika romposojlo de la DKDP-kristaloj, la surradia intenseco de la pumpita pulso estas fiksita 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 eligpotencon de 600 PW. En la ĉefa celkamero, la maksimuma fokusa intenseco de ĉiu kanalo sub idealaj kondiĉoj estas 0.44×1025 W/cm2, supozante ke F/1-fokusaj elementoj estas uzitaj por fokusado. Se la pulso de ĉiu kanalo estas plue kunpremita al 2.6 fs per post-kunprema tekniko, la responda produkta pulspotenco estos pliigita al 230 PW, respondante al la lumintenso de 2.0×1025 W/cm2.
Por atingi pli grandan lumintensecon, ĉe 600 PW-produktado, la lumpulsoj en la 12 kanaloj estos fokusitaj en la geometrio de inversa dipolradiado, kiel montrite en Figuro 2. Kiam la pulsfazo en ĉiu kanalo ne estas ŝlosita, la fokusa intenseco povas atingi 9×1025 W/cm2. Se ĉiu pulsfazo estas ŝlosita kaj sinkronigita, la kohera rezulta lumintenso estos pliigita al 3.2×1026 W/cm2. Aldone al la ĉefa celĉambro, la projekto XCELS inkluzivas ĝis 10 uzantlaboratoriojn, ĉiu ricevante unu aŭ plurajn trabojn por eksperimentoj. Uzante ĉi tiun ekstreme fortan lumkampon, la projekto XCELS planas efektivigi eksperimentojn en kvar kategorioj: kvantumaj elektrodinamikaj procezoj en intensaj laseraj kampoj; La produktado kaj akcelo de partikloj; La generacio de malĉefa elektromagneta radiado; Laboratorio astrofiziko, alta energidenseca procezoj kaj diagnoza esplorado.
FIG. 2 Enfokusigi geometrion en la ĉefa celkamero. Por klareco, la parabola spegulo de trabo 6 estas agordita al travidebla, kaj la eniga kaj eligo-traboj montras nur du kanalojn 1 kaj 7.
Figuro 3 montras la spacan aranĝon de ĉiu funkcia areo de la XCELS lasersistemo en la eksperimenta konstruaĵo. Elektro, vakupumpiloj, akvopurigo, purigado kaj klimatizilo situas en la kelo. La totala konstruareo estas pli ol 24,000 m2. La totala elektrokonsumo estas ĉirkaŭ 7,5 MW. La eksperimenta konstruaĵo konsistas el interna kava totala kadro kaj ekstera sekcio, ĉiu konstruita sur du malkunligitaj fundamentoj. La vakuo kaj aliaj vibr-induktaj sistemoj estas instalitaj sur la vibro-izolita fundamento, tiel ke la amplekso de la perturbo transdonita al la lasera sistemo tra la fundamento kaj subteno estas reduktita al malpli ol 10-10 g2/Hz en la frekvenca gamo de 1-200 Hz. Krome, reto de geodeziaj referencsignoj estas starigita en la laserhalo por sisteme monitori la drivon de la grundo kaj ekipaĵo.
La projekto XCELS celas krei grandan sciencan esplorinstalaĵon bazitan sur ekstreme altaj pintpotencaj laseroj. Unu kanalo de la XCELS-lasersistemo povas disponigi fokusitan lumintensecon plurajn fojojn pli altan ol 1024 W/cm2, kiu povas esti plu superita per 1025 W/cm2 kun post-kunprema teknologio. Per dipol-fokusaj pulsoj de 12 kanaloj en la lasersistemo, intenseco proksima al 1026 W/cm2 povas esti atingita eĉ sen post-kunpremado kaj fazoŝlosado. Se la faza sinkronigo inter kanaloj estas ŝlosita, la lumintenso estos plurfoje pli alta. Uzante ĉi tiujn rekordajn pulsintensojn kaj la plurkanalan faskon, la estonta XCELS-instalaĵo povos fari eksperimentojn kun ekstreme alta intenseco, kompleksaj lumkampaj distribuoj, kaj diagnozi interagojn uzante plurkanalajn laserradiojn kaj sekundaran radiadon. Ĉi tio ludos unikan rolon en la kampo de superforta elektromagneta kampo eksperimenta fiziko.
Afiŝtempo: Mar-26-2024