Неодамна, Институтот за применета физика на Руската академија на науките го воведе Центарот Егстт за екстремна студија на светлина (XCELS), програма за истражување за големи научни уреди заснована на екстремноЛасери со висока моќност. Проектот вклучува изградба на многуласер со висока моќностВрз основа на оптичка параметарска технологија за засилување на пулсот во голем отвор на калиум дидетериум фосфат (DKDP, хемиска формула KD2PO4) кристали, со очекуван вкупен излез од 600 PW врвни пулсирања на моќност. Оваа работа дава важни детали и наоди од истражувањето за проектот XCELS и неговите ласерски системи, опишувајќи ги апликациите и потенцијалните влијанија поврзани со интеракциите со ултра-силни светлосни терени.
Програмата XCELS беше предложена во 2011 година со почетна цел за постигнување на врвна моќностласерИзлез на пулсот од 200 PW, кој во моментов е надграден на 600 PW. Тоа еласерски системСе потпира на три клучни технологии:
(1) Технологијата на оптички параметарски засилување на пулсот (OPCPA) се користи наместо традиционално засилување на пулсот (засилување на пулсот, засилување на пулсот, OPCPA). КПД) технологија;
(2) Користејќи го DKDP како медиум за добивка, ултра совпаѓање на широкопојасен интернет се реализира во близина на бранова должина од 910 nm;
(3) Голем ласер на неодимиум стакло со отвор со пулсна енергија од илјадници џули се користи за пумпање на параметарски засилувач.
Совпаѓањето на фазата на ултра широкопојасен интернет е широко пронајдено во многу кристали и се користи во ласерите на фемосекунди OPCPA. Кристалите на DKDP се користат затоа што тие се единствениот материјал што се наоѓа во пракса што може да се одгледува на десетици сантиметри на отворот и во исто време имаат прифатливи оптички квалитети за поддршка на засилувањето на мулти-PW моќталасери. Откриено е дека кога кристалот DKDP се пумпа со двојната фреквенција светло на Nd стакло ласер, ако носачот на бранова должина на засилениот пулс е 910 nm, првите три термини на експанзијата на Тејлор на неусогласениот вектор на бранови се 0.
Слика 1 е шематски распоред на ласерскиот систем XCELS. Предниот крај генерираше пулсирани пулсирања на фемосекунда со централна бранова должина од 910 nm (1,3 на слика 1) и 1054 nm наносекунди пулси инјектирани во ласерот пумпан OPCPA (1,1 и 1,2 на Слика 1). Предниот крај, исто така, обезбедува синхронизација на овие пулси, како и на потребните енергии и просторнимпорални параметри. Средно OPCPA што работи со повисока стапка на повторување (1 Hz) го засилува искривениот пулс на десетици џули (2 на Слика 1). Пулсот е дополнително засилен со засилувачот OPCPA во еден зрак на килоџуле и се подели на 12 идентични под-зраци (4 на Слика 1). Во последните 12 OPCPA, секоја од 12 -те пулсирани светлосни пулсирања се засилува на нивото на килојуле (5 на слика 1) и потоа се компресира со 12 решетки за компресија (GC од 6 на Слика 1). Акусто-оптичкиот програмски филтер за дисперзија се користи во предниот крај за прецизно контролна дисперзија на брзината на групата и дисперзија со висок ред, за да се добие најмалата можна ширина на пулсот. Спектарот на пулсот има форма од скоро 12-ти ред Супергаус, а спектралниот опсег на опсег на 1% од максималната вредност е 150 nm, што одговара на границата на пулсот на трансформацијата на Фурие, од 17 fs. Со оглед на нецелосната компензација на дисперзија и тешкотијата на нелинеарната фаза на компензација кај параметарските засилувачи, очекуваната ширина на пулсот е 20 fs.
Laser XCELS ќе вработи два 8-канали UFL-2M неодимиум стаклена ласерска фреквенција модули за двојно двојно (3 на слика 1), од кои 13 канали ќе се користат за пумпање на засилувачот OPCPA и 12 конечни OPCPA. Останатите три канали ќе се користат како независна наносекунда килоџула пулсираналасерски извориЗа други експерименти. Ограничен со прагот на оптички дефект на кристалите DKDP, интензитетот на зрачење на пумпаниот пулс е поставен на 1,5 GW/cm2 за секој канал и времетраењето е 3,5 ns.
Секој канал на XCELS ласер произведува пулсирања со моќност од 50 PW. Вкупно 12 канали обезбедуваат вкупна излезна моќност од 600 PW. Во главната целна комора, максималниот интензитет на фокусирање на секој канал под идеални услови е 0,44 × 1025 w/cm2, под претпоставка дека елементите за фокусирање на F/1 се користат за фокусирање. Ако пулсот на секој канал е дополнително компресиран на 2,6 FS со техника по компресија, соодветната моќност на пулсот на излез ќе се зголеми на 230 PW, што одговара на интензитетот на светлината од 2,0 × 1025 w/cm2.
За да се постигне поголем интензитет на светлина, на излез од 600 PW, светлосните пулсирања во 12 канали ќе бидат фокусирани во геометријата на инверзно зрачење на диполе, како што е прикажано на Слика 2. Кога фазата на пулсот во секој канал не е заклучена, интензитетот на фокусот може да достигне 9 × 1025 w/cm2. Ако секоја фаза на пулсот е заклучена и синхронизирана, кохерентниот интензитет на светлина што резултира ќе се зголеми на 3,2 × 1026 w/cm2. Покрај главната целна просторија, проектот XCELS вклучува до 10 лаборатории на корисници, секоја прима една или повеќе греди за експерименти. Користејќи го ова исклучително силно светло поле, проектот XCELS планира да изврши експерименти во четири категории: квантни процеси на електродинамика во интензивни ласерски полиња; Производство и забрзување на честичките; Генерација на секундарно електромагнетно зрачење; Лабораториска астрофизика, високи процеси на густина на енергија и дијагностичко истражување.
Сл. 2 Геометрија за фокусирање во главната целна комора. За јасност, параболичкото огледало на зракот 6 е поставено на транспарентно, а влезните и излезните греди покажуваат само два канали 1 и 7
На Слика 3 е прикажан просторен распоред на секоја функционална област на ласерскиот систем XCELS во експерименталната зграда. Електрична енергија, вакуумски пумпи, третман на вода, прочистување и климатизација се наоѓаат во подрумот. Вкупната градежна област е повеќе од 24.000 м2. Вкупната потрошувачка на енергија е околу 7,5 MW. Експерименталната зграда се состои од внатрешна шуплива целокупна рамка и надворешен дел, секоја изградена на две раздвоени темели. Вакуумот и другите системи што предизвикуваат вибрации се инсталираат на фондацијата изолирана со вибрации, така што амплитудата на нарушувањето пренесено на ласерскиот систем преку фондацијата и поддршката се сведува на помалку од 10-10 G2/Hz во опсегот на фреквенција од 1-200 Hz. Покрај тоа, во ласерската сала е поставена мрежа на геодески референтни маркери за систематски да го следи напредокот на земјата и опремата.
Проектот XCELS има за цел да создаде голем научен истражувачки објект заснован на екстремно високи ласери на моќност. Еден канал на ласерскиот систем XCELS може да обезбеди фокусиран интензитет на светлина неколку пати поголем од 1024 w/cm2, што може дополнително да се надмине за 1025 W/cm2 со технологија по компресија. Со пулсирања за фокусирање на дипола од 12 канали во ласерскиот систем, може да се постигне интензитет близу 1026 w/cm2 дури и без пост-компресија и заклучување на фазата. Ако фазата на синхронизација помеѓу каналите е заклучена, интензитетот на светлината ќе биде неколку пати поголем. Користејќи ги овие рекордни интензитети на пулсот и распоредот на мулти-канален зрак, идниот објект XCELS ќе може да изврши експерименти со екстремно висок интензитет, сложени дистрибуции на светло поле и дијагностицирање на интеракции со употреба на мулти-канални ласерски зраци и секундарно зрачење. Ова ќе игра уникатна улога во областа на супер-силното електромагнетно поле експериментална физика.
Време на објавување: Мар-26-2024