Nedavno je Institut za primijenjenu fiziku Ruske akademije znanosti uveo Exavatni centar za ekstremnu studiju svjetla (XCELS), istraživački program za velike znanstvene uređaje zasnovan na izuzetnoLaseri velike snage. Projekt uključuje izgradnju vrlolaser velike energijeNa temelju optičke parametrične chirped tehnologije pojačanja impulsa u velikom kalijevom kalijevom dideuterij fosfatu (DKDP, kemijska formula KD2PO4), s očekivanim ukupnim izlazom od 600 pw maksimalnih impulsa snage. Ovaj rad pruža važne detalje i nalaze istraživanja o projektu XCELS i njegovim laserskim sustavima, opisujući aplikacije i potencijalne utjecaje povezane s ultra jakim interakcijama svjetlosnog polja.
Program XCELS predložen je 2011. godine s početnim ciljem postizanja vrhunske snagelaserPulsni izlaz od 200 PW, koji se trenutno nadograđuje na 600 PW. Njegovlaserski sustavoslanja se na tri ključne tehnologije:
(1) Koristi se optička parametrična chirped pulsna pojačanja (OPCPA) umjesto tradicionalnog crijeva pojačanja pulsa (Chirped Puls Amplification, OPCPA). CPA) tehnologija;
(2) koristeći DKDP kao dobitak, ultra širokopojasno podudaranje faza ostvaruje se blizu 910 nm valne duljine;
(3) Za pumpanje parametrijskog pojačala koristi se veliki neodimijski stakleni laser s impulsnom energijom od tisuća joula.
Ultra širokopojasno podudaranje faza široko se nalazi u mnogim kristalima i koristi se u OPCPA femtosekundnim laserima. Koristi se kristali DKDP-a jer su jedini materijal koji se nalazi u praksi koji se može uzgajati na desetine centimetara otvora i istodobno imaju prihvatljive optičke kvalitete za podupiranje pojačanja multi-PW snagelaseri. Utvrđeno je da kada se DKDP kristal pumpa dvostrukom frekvencijskom svjetlošću ND staklenog lasera, ako je valna duljina nosača pojačanog impulsa 910 nm, prva tri pojma Taylorove ekspanzije neusklađenosti valnog vektora su 0.
Slika 1 je shematski izgled laserskog sustava XCELS. Prednji kraj generirani cvrkutani femtosekundi impulsa sa središnjom valnom duljinom od 910 nm (1,3 na slici 1) i 1054 nm nanosekundnih impulsa ubrizganih u laser napunjen OPCPA (1,1 i 1,2 na slici 1). Prednji kraj također osigurava sinkronizaciju ovih impulsa, kao i potrebne energetske i prostornotemporalne parametre. Intermedijarni OPCPA koji djeluje s većom brzinom ponavljanja (1 Hz) pojačava cvrkutani impuls do desetaka joula (2 na slici 1). Puls se dodatno pojačava pojačanim OPCPA u jednoj kiloule zraku i podijeljen u 12 identičnih podskupljenih snopa (4 na slici 1). U posljednjih 12 OPCPA, svaki od 12 chirped svjetlosnih impulsa pojačava se na razinu kilojkule (5 na slici 1), a zatim komprimiran s 12 kompresijskih rešetki (GC od 6 na slici 1). Akousto-optički programibilni disperzijski filter koristi se na prednjem kraju kako bi se precizno kontrolirala disperzija brzine i disperzija visokog reda, kako bi se dobila najmanja moguća širina impulsa. Spektar impulsa ima oblik gotovo 12. reda Supergaussa, a spektralna širina pojasa pri 1% maksimalne vrijednosti je 150 nm, što odgovara Fourierovoj graničnoj impulsnoj širini od 17 fs. S obzirom na nepotpunu kompenzaciju disperzije i poteškoće nelinearne kompenzacije faze u parametrijskim pojačalima, očekivana širina impulsa je 20 fs.
XCELS laser upotrijebit će dva 8-kanalna UFL-2M neodimijska staklena laserska frekvencija udvostručenja modula (3 na slici 1), od kojih će se 13 kanala koristiti za pumpanje Booster OPCPA i 12 konačnih OPCPA. Preostala tri kanala koristit će se kao neovisni nanosekundi kiloulelaserski izvoriza ostale eksperimente. Ograničen pragom optičkog raspada DKDP kristala, intenzitet zračenja pumpa pumpa postavljen je na 1,5 gw/cm2 za svaki kanal, a trajanje je 3,5 ns.
Svaki kanal XCELS lasera proizvodi impulse s snagom od 50 pw. Ukupno 12 kanala pruža ukupnu izlaznu snagu od 600 PW. U glavnoj ciljnoj komori, maksimalni intenzitet fokusiranja svakog kanala u idealnim uvjetima iznosi 0,44 × 1025 W/CM2, pretpostavljajući da se za fokusiranje koriste elementi fokusiranja f/1. Ako se impuls svakog kanala dodatno komprimira na 2,6 fs tehnikom nakon kompresije, odgovarajuća izlazna impulsna snaga povećat će se na 230 pW, što odgovara intenzitetu svjetlosti od 2,0 × 1025 w/cm2.
Da bi se postigao veći intenzitet svjetlosti, pri izlazu od 600 pw, svjetlosni impulsi u 12 kanala bit će usredotočeni u geometriju inverznog dipolnog zračenja, kao što je prikazano na slici 2. kada faza impulsa u svakom kanalu nije zaključana, intenzitet fokusa može doseći 9 × 1025 w/cm2. Ako je svaka faza impulsa zaključana i sinkronizirana, koherentni intenzitet svjetla povećat će se na 3,2 × 1026 w/cm2. Pored glavne ciljne sobe, projekt XCELS uključuje do 10 korisničkih laboratorija, a svaki je primao jednu ili više greda za eksperimente. Koristeći ovo izuzetno jak svjetlosni polje, projekt XCELS planira izvesti eksperimente u četiri kategorije: kvantni elektrodinamički procesi u intenzivnim laserskim poljima; Proizvodnja i ubrzanje čestica; Stvaranje sekundarnog elektromagnetskog zračenja; Laboratorijska astrofizika, procesi visoke gustoće energije i dijagnostička istraživanja.
Fi. 2 Fokusiranje geometrije u glavnoj ciljnoj komori. Radi jasnoće, parabolično ogledalo snopa 6 postavljeno je na prozirno, a ulazne i izlazne grede prikazuju samo dva kanala 1 i 7
Na slici 3 prikazan je prostorni izgled svakog funkcionalnog područja XCELS laserskog sustava u eksperimentalnoj zgradi. Električna energija, vakuumske pumpe, obrada vode, pročišćavanje i klima uređaj nalaze se u podrumu. Ukupna građevinska površina je veća od 24 000 m2. Ukupna potrošnja energije je oko 7,5 MW. Eksperimentalna zgrada sastoji se od unutarnjeg šupljeg cjelokupnog okvira i vanjskog dijela, od kojih je svaki izgrađen na dva razdvojena temelja. Vakuum i drugi sustavi koji izazivaju vibracije instalirani su na temelj izoliranim vibracijama, tako da se amplituda poremećaja prenesenih u laserski sustav kroz temelj i potpora smanjuje na manje od 10-10 g2/hz u frekvencijskom rasponu od 1-200 Hz. Osim toga, u laserskoj dvorani postavljena je mreža geodetskih referentnih markera kako bi se sustavno nadgledala nagib tla i opreme.
Projekt XCELS ima za cilj stvoriti veliko znanstveno istraživačko postrojenje zasnovan na izuzetno visokim najvećim laserima snage. Jedan kanal XCELS laserskog sustava može pružiti fokusirani intenzitet svjetlosti nekoliko puta veći od 1024 w/cm2, što može dalje premašiti 1025 w/cm2 s tehnologijom nakon kompresije. Impulsima koji fokusiraju na dipol iz 12 kanala u laserskom sustavu, intenzitet blizu 1026 w/cm2 može se postići čak i bez zaključavanja nakon kompresije i faza. Ako je fazna sinkronizacija između kanala zaključana, intenzitet svjetlosti bit će nekoliko puta veći. Koristeći ove rekordne intenzitete pulsa i raspored višekanalnog snopa, budući XCELS objekt moći će izvesti eksperimente s izuzetno visokim intenzitetom, složenim raspodjelom svjetlosnog polja i dijagnosticira interakcije pomoću višekanalnih laserskih zraka i sekundarnog zračenja. To će igrati jedinstvenu ulogu u području eksperimentalne fizike super jasnog elektromagnetskog polja.
Post Vrijeme: ožujak-26-2024