Nedavno je Institut primijenjene fizike Ruske akademije nauka uveo Exawatt Centar za ekstremnu svjetlo (XCEL), istraživački program za velike naučne uređaje zasnovan na izuzetnoLaseri velike snage. Projekt uključuje izgradnju vrloLaser velike snageNa osnovu optičke parametrijske tehnologije raspršenog pulsa u velikoj blende kalijum dideuteterium fosfatom (DKDP, hemijska formula KD2PO4) kristali, sa očekivanim ukupnim izlazom od 600 pw vrha. Ovaj rad pruža važne detalje i rezultate istraživanja o XCELS projektu i njenim laserskim sistemima, opisujući aplikacije i potencijalne uticaje povezane sa ultra jakim interakcijama na terenskih polja.
Xcels program predložen je 2011. godine početnim ciljem postizanja vršne snagelaserPulsni izlaz od 200 pw, koji je trenutno nadograđen na 600 pw. ToLaserski sistemoslanja se na tri ključne tehnologije:
(1) Optička parametrična raspršena impulsna pojačala (OPCPA) tehnologija se koristi umjesto tradicionalnog pojačanja pulsnog pulsa (pojačalo pulsiranje, opcpA). CPA) tehnologija;
(2) Korištenje DKDP-a kao srednje dobitka, ultra širokopojasni fazni podudaranje realizira se u blizini talasne dužine od 910 Nm;
(3) Veliki otvor od otvora blende Neodymium laser sa impulsom na hiljade džula koristi se za pumpanje parametričnog pojačala.
Ultra-širokopojasna faza podudaranje široko se nalazi u mnogim kristalima i koristi se u opcpa femtosecond laserima. DKDP kristali koriste se jer su jedini materijal koji se nalazi u praksi koji se mogu uzgajati na desetine centimetara otvora i istovremeno imaju prihvatljive optičke kvalitete za podršku pojačanju višestrukih snagalaseri. Otkriveno je da je kada je Crystal DKDP pumpao dvostruko frekvencijsko svjetlo lasera ND staklene laserom, ako je prijevozrna talasna dužina pojačanog pulsa 910 Nm, prva tri uvjete ekspanzije taylor-a su 0.
Slika 1 je šematski raspored laserskih sistema Xcels. Prednji kraj generirani su femtosecond pulsi sa središnjom talasnom dužinom od 910 Nm (1,3 na slici 1) i 1054 nm nanosekunde ubrizgava u OPCPA pumpani laser (1,1 i 1,2 na slici 1). Prednji kraj također osigurava sinhronizaciju ovih impulsa kao i potrebne energetske i spatovalne parametre. Intermediate OPCPA koji djeluje na višoj stopi ponavljanja (1 Hz) pojačava chirepirani puls na desetine joula (2 na slici 1). Puls je dodatno pojačan booster opcpa u jednokrvni snop Kilojoule i podijeljen je u 12 identičnih pod-greda (4 na slici 1). U završnim 12 OPCPA, svaki od 12 rasnimljivim pulsima za čired pojavljuje se na nivou kiloJule (5 na slici 1), a zatim komprimira 12 rešetka kompresije (GC od 6 na slici 1). Acousto-optički programirani disperzijski filter koristi se na prednjem kraju da precizno upravlja kontrolna grupna disperzija brzine i disperziju visoke narudžbi, kako bi se dobila najmanja moguća širina pulsa. Pulsni spektar ima oblik skoro 12. po narudžbi Supergauss, a spektralna širina pojasa na 1% od maksimalne vrijednosti je 150 Nm, što odgovaramo širini s četiri FS-a. S obzirom na nepotpunu kompenziju disperzije i poteškoće od nelinearne fazne naknade u parametrijskim pojačalima, očekivano širina pulsa je 20 fs.
LASER XCELS koristit će dva kanala za udvostručenje laserskih frekvencija u 8-kanalnim staklenim laserima (3 na slici 1) od kojih će se 13 kanala koristiti za pumpanje boister opcpa i 12 finalnih opcpa. Preostalih tri kanala koristit će se kao neovisni nanosekund kiloJoule pulsiraniLaserski izvoriZa ostale eksperimente. Ograničena po optičkim pragom kvara DKDP kristala, intenzitet ozračivanja pumpanog pulsa postavljen je na 1,5 GW / CM2 za svaki kanal i trajanje je 3,5 NS.
Svaki kanal XCELS lasera proizvodi impulse sa 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 F / 1 fokusirani elementi koriste za fokusiranje. Ako se puls svakog kanala dodatno komprimira na 2,6 FS po post-kompresionima, odgovarajući izlazni impulsni napajanje povećat će se na 230 pw, što odgovara svjetlosnom intenzitetu od 2,0 × 1025 W / CM2.
Da bi se postigao veći intenzitet svjetlosti, na 600 PW izlaza, lagani impulsi u 12 kanala bit će fokusirani u geometriju inverznog dipol zračenja, kao što je prikazano na slici 2. Kada se pulsna faza u svakom kanalu nije zaključana, intenzitet fokusiranja može dostići 9 × 1025 W / CM2. Ako je svaka faza pulsa zaključana i sinhronizirana, koherentni rezultirajuće intenzitet svjetlosti bit će povećan na 3,2 × 1026 W / CM2. Pored glavne ciljne sobe, XCELS projekat uključuje do 10 laboratorija korisnika, a svaka primaju jednu ili više greda za eksperimente. Koristeći ovo izuzetno jak polje svjetla, Xcels projekt planira izvršiti eksperimente u četiri kategorije: Kvantni elektrodinamički procesi u intenzivnim laserskim poljima; Proizvodnja i ubrzanje čestica; Generacija sekundarnog elektromagnetskog zračenja; Laboratorijska astrofizika, visoki procesi gustoće energije i dijagnostička istraživanja.
Sl. 2 Fokusirana geometrija u glavnoj ciljnoj komori. Za jasnoću, parabolično ogledalo snopa 6 postavljeno je na prozirnu, a ulazne i izlazne grede prikazuju samo dva kanala 1 i 7
Slika 3 prikazuje prostornog rasporeda svakog funkcionalnog područja Xcels laserski sistem u eksperimentalnoj zgradi. Struja, vakuumske pumpe, pročišćavanje 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 unutarnje šupljeg ukupnog okvira i vanjskog dijela, a svaki je izgrađen na dva odvojena temelja. Vakuum i drugi sistemi za indukciju vibracija instalirani su na vibracijsko izoliranom temelju, tako da se amplituda poremećaja prenose u laserski sustav kroz temelj i podršku smanjuje na manje od 10-10 G2 / Hz u frekvencijskom rasponu od 1-200 Hz. Pored toga, mreža geodetskih referentnih markera postavljena je u laserskoj dvorani kako bi sustavno nadgledala drift kopna i opreme.
Projekt XCEL ima za cilj stvaranje velikog naučnog istraživačkog objekta zasnovan na izuzetno visokim vršnim laserima. Jedan kanal LASER sistema Xcels može pružiti fokusirani intenzitet svjetla nekoliko puta veći od 1024 W / CM2, koji se može dalje premašiti za 1025 W / CM2 sa tehnologijom post-kompresije. Dipole fokusiranim impulsima sa 12 kanala u laserskom sustavu, intenzitet blizu 1026 w / cm2 može se postići čak i bez post-kompresije i zaključavanja faze. Ako je fazna sinkronizacija između kanala zaključana, intenzitet svjetla bit će nekoliko puta veći. Korištenje ovih rekordnih intenziteta pulsa i višekanalni izgled grede, budućim XCELS-om moći će izvršiti eksperimente s izuzetno visokim intenzitetom, složenim distribucijama svjetlosnih terena i dijagnosticirati interakcije pomoću višekanalnih laserskih greda i sekundarnog zračenja. Ovo će igrati jedinstvenu ulogu u oblasti super-jake eksperimentalne fizike elektromagnetskog polja.
Pošta: Mar-26-2024