Жақында Ресей Ғылым академиясының Қолданбалы физика институты eXawatt экстремалды жарықты зерттеу орталығын (XCELS) - өте үлкен ғылыми құрылғыларға арналған зерттеу бағдарламасын енгізді.жоғары қуатты лазерлерЖобаға өте көп құрылыс кіреді.жоғары қуатты лазерүлкен диафрагмалы калий дидейтерий фосфаты (DKDP, KD2PO4 химиялық формуласы) кристалдарындағы оптикалық параметрлік шырылдаған импульсті күшейту технологиясына негізделген, жалпы қуаты 600 PW болатын ең жоғары қуат импульстары күтіледі. Бұл жұмыс XCELS жобасы және оның лазерлік жүйелері туралы маңызды мәліметтер мен зерттеу нәтижелерін ұсынады, ультра күшті жарық өрісінің өзара әрекеттесуіне байланысты қолданылуы мен ықтимал әсерлерін сипаттайды.
XCELS бағдарламасы 2011 жылы бастапқыда ең жоғары қуатқа жету мақсатымен ұсынылды.лазерИмпульстік шығыс 200 ПВт, ол қазіргі уақытта 600 ПВт-қа дейін жаңартылған. Оныңлазерлік жүйеүш негізгі технологияға негізделген:
(1) Дәстүрлі Чирпед Импульстік Күшейту (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) технологиясының орнына оптикалық параметрлік чиркеп импульстік күшейту (OPCPA) технологиясы қолданылады;
(2) DKDP күшейту ортасы ретінде пайдаланылғанда, ультра кең жолақты фазаны сәйкестендіру 910 нм толқын ұзындығына жақын жерде жүзеге асырылады;
(3) Параметрлік күшейткішті айдау үшін мыңдаған джоуль импульстік энергиясы бар үлкен диафрагмалы неодимий шыны лазері қолданылады.
Ультра кең жолақты фазалық сәйкестендіру көптеген кристалдарда кеңінен кездеседі және OPCPA фемтосекундтық лазерлерінде қолданылады. DKDP кристалдары тәжірибеде ондаған сантиметрлік диафрагмаға дейін өсіруге болатын және сонымен бірге көп PW қуатын күшейтуді қолдау үшін қолайлы оптикалық қасиеттерге ие жалғыз материал болғандықтан қолданылады.лазерлерDKDP кристалы ND шыны лазерінің қос жиілікті жарығымен айдалған кезде, егер күшейтілген импульстің тасымалдаушы толқын ұзындығы 910 нм болса, толқын векторының сәйкессіздігінің Тейлор кеңеюінің алғашқы үш мүшесі 0-ге тең екені анықталды.
1-сурет XCELS лазерлік жүйесінің схемалық орналасуы болып табылады. Алдыңғы ұшы орталық толқын ұзындығы 910 нм (1-суретте 1,3) және OPCPA айдалатын лазеріне енгізілген 1054 нм наносекундтық импульстарды (1-суретте 1,1 және 1,2) генерациялады. Алдыңғы ұшы сонымен қатар бұл импульстардың синхрондалуын, сондай-ақ қажетті энергия мен кеңістік-уақыт параметрлерін қамтамасыз етеді. Жоғары қайталау жиілігінде (1 Гц) жұмыс істейтін аралық OPCPA шиыршықталған импульсті ондаған джоульге дейін күшейтеді (1-суретте 2). Импульс күшейткіш OPCPA арқылы бір килоджоуль сәулесіне одан әрі күшейтіледі және 12 бірдей қосалқы сәулелерге бөлінеді (1-суретте 4). Соңғы 12 OPCPA-да 12 шиыршықталған жарық импульсінің әрқайсысы килоджоуль деңгейіне дейін күшейтіледі (1-суретте 5), содан кейін 12 компрессиялық тормен қысылады (1-суретте 6-ның GC). Акустикалық-оптикалық бағдарламаланатын дисперсиялық сүзгі топтық жылдамдық дисперсиясын және жоғары ретті дисперсияны дәл басқару үшін алдыңғы жағында қолданылады, осылайша импульстің ең аз енін алуға болады. Импульс спектрі шамамен 12-ші ретті супергаусс пішініне ие, ал максималды мәннің 1% спектрлік өткізу қабілеттілігі 150 нм құрайды, бұл Фурье түрлендіру шегінің импульс ені 17 фс-қа сәйкес келеді. Толық емес дисперсия компенсациясын және параметрлік күшейткіштердегі сызықты емес фазалық компенсацияның қиындығын ескере отырып, күтілетін импульс ені 20 фс-қа тең.
XCELS лазерінде екі 8 арналы UFL-2M неодимий шыны лазерінің жиілікті екі еселеу модулі (1-суретте 3) қолданылады, оның 13 арнасы Booster OPCPA және 12 соңғы OPCPA айдау үшін пайдаланылады. Қалған үш арна тәуелсіз наносекундтық импульсті килоджоуль ретінде пайдаланылады.лазер көздерібасқа тәжірибелер үшін. DKDP кристалдарының оптикалық тесілу шегімен шектелген, айдалатын импульстің сәулелену қарқындылығы әрбір арна үшін 1,5 ГВт/см2-ге орнатылады және ұзақтығы 3,5 нс құрайды.
XCELS лазерінің әрбір арнасы 50 ПВт қуатты импульстарды шығарады. Барлығы 12 арна 600 ПВт жалпы шығыс қуатын қамтамасыз етеді. Негізгі нысана камерасында, F/1 фокустау элементтері фокустау үшін пайдаланылады деп есептесек, идеалды жағдайларда әрбір арнаның максималды фокустау қарқындылығы 0,44 × 1025 Вт/см2 құрайды. Егер әрбір арнаның импульсі кейінгі қысу әдісімен 2,6 фс дейін қосымша қысылса, сәйкес шығыс импульсінің қуаты 230 ПВт дейін артады, бұл 2,0 × 1025 Вт/см2 жарық қарқындылығына сәйкес келеді.
Жарық қарқындылығын арттыру үшін, 600 ПВт шығысында, 12 арнадағы жарық импульстары 2-суретте көрсетілгендей, кері дипольдік сәулелену геометриясында фокусталады. Әрбір арнадағы импульстік фаза құлыпталмаған кезде, фокус қарқындылығы 9 × 1025 Вт/см2 жетуі мүмкін. Егер әрбір импульстік фаза құлыпталса және синхрондалса, нәтижесінде пайда болған когерентті жарық қарқындылығы 3,2 × 1026 Вт/см2 дейін артады. Негізгі нысана бөлмесінен басқа, XCELS жобасына 10-ға дейін пайдаланушы зертханалары кіреді, олардың әрқайсысы эксперименттер үшін бір немесе бірнеше сәуле қабылдайды. Бұл өте күшті жарық өрісін пайдалана отырып, XCELS жобасы төрт санат бойынша эксперименттер жүргізуді жоспарлап отыр: қарқынды лазерлік өрістердегі кванттық электродинамикалық процестер; бөлшектердің өндірілуі және үдеуі; екінші реттік электромагниттік сәулеленудің генерациясы; зертханалық астрофизика, жоғары энергия тығыздығының процестері және диагностикалық зерттеулер.
2-СУРЕТ. Негізгі нысана камерасындағы фокустау геометриясы. Анықтық үшін 6-сәуленің параболалық айнасы мөлдір күйге орнатылған, ал кіріс және шығыс сәулелері тек екі арнаны, 1 және 7 көрсетеді.
3-суретте тәжірибелік ғимараттағы XCELS лазерлік жүйесінің әрбір функционалдық аймағының кеңістіктік орналасуы көрсетілген. Электр қуаты, вакуумдық сорғылар, суды тазарту, тазарту және ауа баптау жүйелері жертөледе орналасқан. Құрылыстың жалпы ауданы 24 000 м2-ден асады. Жалпы қуат тұтынуы шамамен 7,5 МВт құрайды. Тәжірибелік ғимарат ішкі қуыс жалпы қаңқадан және екі ажыратылған іргетасқа салынған сыртқы бөліктен тұрады. Вакуумдық және басқа да діріл тудыратын жүйелер діріл оқшауланған іргетасқа орнатылған, сондықтан іргетас пен тіреу арқылы лазерлік жүйеге берілетін бұзылыс амплитудасы 1-200 Гц жиілік диапазонында 10-10 г2/Гц-тен азға дейін төмендейді. Сонымен қатар, жер мен жабдықтың жылжуын жүйелі түрде бақылау үшін лазерлік залда геодезиялық анықтамалық белгілер желісі орнатылған.
XCELS жобасы өте жоғары шыңдық қуатты лазерлерге негізделген ірі ғылыми-зерттеу мекемесін құруға бағытталған. XCELS лазерлік жүйесінің бір арнасы 1024 Вт/см2-ден бірнеше есе жоғары фокусталған жарық қарқындылығын қамтамасыз ете алады, бұл көрсеткіштен кейінгі қысу технологиясымен 1025 Вт/см2-ге асып кетуге болады. Лазерлік жүйедегі 12 арнадан алынған дипольдік фокустау импульстері арқылы кейінгі қысу және фазалық құлыптаусыз да 1026 Вт/см2-ге жақын қарқындылыққа қол жеткізуге болады. Егер арналар арасындағы фазалық синхрондау құлыпталса, жарық қарқындылығы бірнеше есе жоғары болады. Осы рекордтық импульс қарқындылығын және көп арналы сәуле орналасуын пайдалана отырып, болашақ XCELS мекемесі өте жоғары қарқындылықпен, күрделі жарық өрісінің таралуымен тәжірибелер жүргізе алады және көп арналы лазерлік сәулелер мен екінші реттік сәулеленуді қолдана отырып, өзара әрекеттесулерді диагностикалай алады. Бұл аса күшті электромагниттік өрістің эксперименттік физикасы саласында ерекше рөл атқарады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 26 наурыз