Жақында Ресей ғылым академиясының Қолданбалы физика институты eXawatt экстремалды жарықты зерттеу орталығын (XCELS) енгізді, бұл үлкен ғылыми құрылғыларға арналған зерттеу бағдарламасы.жоғары қуатты лазерлер. Жоба өте құрылысын қамтидыжоғары қуатты лазер600 PW ең жоғары қуат импульстарының күтілетін жалпы шығысы бар калий дидейтерий фосфаты (DKDP, KD2PO4 химиялық формуласы) кристалдарында оптикалық параметрлік шиыршықты импульсті күшейту технологиясына негізделген. Бұл жұмыс XCELS жобасы және оның лазерлік жүйелері туралы маңызды мәліметтер мен зерттеу нәтижелерін береді, ультра күшті жарық өрісінің өзара әрекеттесуіне қатысты қолданбалар мен ықтимал әсерлерді сипаттайды.
XCELS бағдарламасы 2011 жылы ең жоғары қуатқа жету мақсатымен ұсынылды.лазеримпульстік шығыс 200 ПВт, қазіргі уақытта ол 600 ПВт дейін жаңартылды. Оныңлазерлік жүйеүш негізгі технологияға сүйенеді:
(1) Оптикалық Параметрлік Chirped Pulse Amplification (OPCPA) технологиясы дәстүрлі Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) орнына пайдаланылады. CPA) технологиясы;
(2) DKDP-ны күшейту ортасы ретінде пайдалану, ультра кең жолақты фазаларды сәйкестендіру 910 нм толқын ұзындығына жақын жерде жүзеге асырылады;
(3) Параметрлік күшейткішті айдау үшін импульстік энергиясы мыңдаған джоуль болатын үлкен апертуралы неодим шыны лазері қолданылады.
Ультра кең жолақты фазалық сәйкестік көптеген кристалдарда кеңінен кездеседі және OPCPA фемтосекунд лазерлерінде қолданылады. DKDP кристалдары пайдаланылады, өйткені олар тәжірибеде ондаған сантиметр саңылауларға дейін өсіруге болатын жалғыз материал және сонымен бірге көп PW қуатын күшейтуді қолдайтын қолайлы оптикалық қасиеттерге ие.лазерлер. DKDP кристалын ND шыны лазерінің қос жиілікті жарығымен айдағанда, күшейтілген импульстің тасымалдаушы толқын ұзындығы 910 нм болса, толқын векторының сәйкессіздігінің Тейлор кеңеюінің алғашқы үш мүшесі 0 болатыны анықталды.
1-сурет XCELS лазерлік жүйесінің схемалық схемасы болып табылады. Алдыңғы жағы орталық толқын ұзындығы 910 нм (1-суретте 1,3) және OPCPA айдалатын лазерге енгізілген 1054 нм наносекунд импульстері (1-суретте 1.1 және 1.2) болатын дірілдеген фемтосекунд импульстерін жасады. Алдыңғы жағы осы импульстердің, сондай-ақ қажетті энергия мен кеңістік-уақыттық параметрлердің синхрондалуын қамтамасыз етеді. Жоғары қайталау жиілігінде (1 Гц) жұмыс істейтін аралық OPCPA дірілдеген импульсті ондаған джоульге дейін күшейтеді (1-суретте 2). Импульс одан әрі Booster OPCPA арқылы бір килоджоуль сәулесіне күшейтіліп, 12 бірдей қосалқы сәулеге бөлінеді (1-суретте 4). Соңғы 12 OPCPA-да 12 шырылдаған жарық импульсінің әрқайсысы килоджоуль деңгейіне дейін күшейтіледі (1-суретте 5), содан кейін 12 қысу торларымен қысылады (1-суреттегі 6 GC). Акусто-оптикалық бағдарламаланатын дисперсия сүзгісі ең кіші импульс енін алу үшін топтық жылдамдық дисперсиясын және жоғары ретті дисперсияны дәл бақылау үшін алдыңғы жағында қолданылады. Импульстік спектрдің пішіні дерлік 12-ші ретті супергаусс және спектрлік өткізу жолағы максималды мәннің 1% кезіндегі 150 нм, Фурье түрлендіруінің импульстік ені 17 fs шегіне сәйкес келеді. Толық емес дисперсия компенсациясын және параметрлік күшейткіштердегі сызықты емес фазалық компенсацияның қиындығын ескере отырып, импульстің күтілетін ені 20 фс құрайды.
XCELS лазерінде екі 8 арналы UFL-2M неодимді шыны лазер жиілігін еселеу модулі (1-суретте 3) қолданылады, оның ішінде 13 арна Booster OPCPA және 12 соңғы OPCPA сорғы үшін пайдаланылады. Қалған үш арна тәуелсіз наносекунд килоджоуль импульсі ретінде пайдаланыладылазер көздерібасқа эксперименттер үшін. DKDP кристалдарының оптикалық бұзылу шегімен шектелген, айдалатын импульстің сәулелену қарқындылығы әрбір арна үшін 1,5 ГВт/см2 және ұзақтығы 3,5 нс құрайды.
XCELS лазерінің әрбір арнасы 50 ПВт қуаты бар импульстарды шығарады. Барлығы 12 арна 600 PW жалпы шығыс қуатын қамтамасыз етеді. Негізгі мақсатты камерада мінсіз жағдайларда әрбір арнаның максималды фокустау қарқындылығы фокустау үшін F/1 фокустау элементтері пайдаланылады деп есептесек, 0,44×1025 Вт/см2 құрайды. Егер әрбір арнаның импульсі сығудан кейінгі әдіспен одан әрі 2,6 фс дейін қысылса, сәйкес шығыс импульс қуаты 2,0×1025 Вт/см2 жарық қарқындылығына сәйкес 230 ПВт-қа дейін артады.
Үлкен жарық қарқындылығына қол жеткізу үшін 600 PW шығысында 12 арнадағы жарық импульстары 2-суретте көрсетілгендей кері дипольдік сәулелену геометриясына шоғырланады. Әрбір арнадағы импульстік фаза құлыпталмаған кезде, фокус қарқындылығы мүмкін 9×1025 Вт/см2 жетеді. Әрбір импульстік фаза құлыпталған және синхрондалған болса, когерентті нәтиже жарық қарқындылығы 3,2×1026 Вт/см2 дейін артады. Негізгі мақсатты бөлмеден басқа, XCELS жобасы әрқайсысы эксперименттер үшін бір немесе бірнеше сәулелерді алатын 10-ға дейін пайдаланушы зертханаларын қамтиды. Осы өте күшті жарық өрісін пайдалана отырып, XCELS жобасы төрт санат бойынша эксперименттер жүргізуді жоспарлап отыр: қарқынды лазер өрістеріндегі кванттық электродинамикалық процестер; Бөлшектерді өндіру және жеделдету; Екіншілік электромагниттік сәулеленудің пайда болуы; Зертханалық астрофизика, жоғары энергия тығыздығы процестері және диагностикалық зерттеулер.
ІНЖІР. 2 Негізгі нысана камерасындағы геометрияны фокустау. Түсінікті болу үшін 6 сәуленің параболалық айнасы мөлдір етіп орнатылған, ал кіріс және шығыс сәулелер тек екі арнаны 1 және 7 көрсетеді.
3-суретте эксперименттік ғимараттағы XCELS лазерлік жүйесінің әрбір функционалдық аймағының кеңістіктік орналасуы көрсетілген. Жертөледе электр қуаты, вакуумдық сорғылар, су тазарту, тазарту және ауаны баптау қондырғылары орналасқан. Құрылыстың жалпы ауданы 24 000 м2 астам. Жалпы қуат тұтыну шамамен 7,5 МВт құрайды. Эксперименттік ғимарат әрқайсысы екі ажыратылған іргетасқа салынған ішкі қуыс жалпы жақтаудан және сыртқы секциядан тұрады. Вакуумды және басқа да діріл тудыратын жүйелер дірілден оқшауланған іргетасқа орнатылады, осылайша іргетас пен тірек арқылы лазерлік жүйеге берілетін бұзылу амплитудасы жиілік диапазонында 10-10 г2/Гц-тен азаяды. 1-200 Гц. Сонымен қатар, лазерлік залда жердің және жабдықтың жылжуын жүйелі бақылау үшін геодезиялық анықтамалық маркерлер желісі орнатылған.
XCELS жобасы өте жоғары қуатты лазерлерге негізделген үлкен ғылыми зерттеу нысанын құруға бағытталған. XCELS лазерлік жүйесінің бір арнасы 1024 Вт/см2-ден бірнеше есе жоғары бағытталған жарық қарқындылығын қамтамасыз ете алады, оны қысудан кейінгі технологиямен одан әрі 1025 Вт/см2-ге арттыруға болады. Лазер жүйесіндегі 12 арнадан дипольді фокустау импульстары арқылы 1026 Вт/см2-ге жақын қарқындылыққа тіпті қысудан кейінгі және фазалық құлыптаусыз қол жеткізуге болады. Арналар арасындағы фазалық синхрондау құлыпталған болса, жарық қарқындылығы бірнеше есе жоғары болады. Осы рекордтық импульс қарқындылығын және көп арналы сәуленің орналасуын пайдалана отырып, болашақ XCELS қондырғысы өте жоғары қарқындылықпен, күрделі жарық өрісінің таралуымен тәжірибелер жүргізе алады және көп арналы лазер сәулелері мен қайталама сәулелену арқылы өзара әрекеттесулерді диагностикалай алады. Бұл өте күшті электромагниттік өрістің эксперименттік физикасы саласында ерекше рөл атқарады.
Хабарлама уақыты: 26 наурыз 2024 ж