Нядаўна Інстытут прыкладной фізікі Расійскай акадэміі навук прадставіў Цэнтру Exawatt для даследавання экстрэмальнага святла (XCELS), даследчай праграмы для буйных навуковых прылад, заснаваных на надзвычай надзвычайЛазеры з высокай магутнасцю. Праект уключае будаўніцтва вельміЛазер з высокай магутнасцюНа падставе аптычнай параметрычнай тэхналогіі ўзмацнення імпульсу ў буйной дыяфрагме, калія дидейтэрый фасфату (DKDP, хімічная формула KD2PO4) з чаканым агульным выхадам 600 пікавых імпульсаў PW Peak. Гэтая праца дае важныя падрабязнасці і вынікі даследаванняў пра праект XCELS і яго лазерныя сістэмы, апісваючы прыкладанні і патэнцыйныя ўздзеянні, звязаныя з ультрапаліўнымі ўзаемадзеяннямі лёгкіх палявых.
Праграма XCELS была прапанавана ў 2011 годзе з першапачатковай мэтай дасягнення пікавай магутнасцілазерІмпульсны выхад 200 PW, які ў цяперашні час абноўлены да 600 PW. ЯгоЛазерная сістэмаРазлічвае на тры ключавыя тэхналогіі:
(1) Аптычная параметрычная шчабятаваная тэхналогія ампліфікацыі імпульсу (OPCPA) выкарыстоўваецца замест традыцыйнай шчабятанай ампліфікацыі імпульсу (шчабятае ўзмацненне імпульсу, OPCPA). CPA) тэхналогія;
(2) з выкарыстаннем DKDP у якасці асяроддзя ўзмацнення, ультра шырокапалосная фаза рэалізуецца каля 910 нм даўжыні хвалі;
.
Ультра шырокі фазавы ўзгадненне шырока сустракаецца ў многіх крышталях і выкарыстоўваецца ў фемтосекундных лазерах OPCPA. Крышталі DKDP выкарыстоўваюцца, таму што яны адзіны матэрыял, знойдзены на практыцы, які можна вырасціць да дзясяткаў сантыметраў дыяфрагмы і ў той жа час валодаюць прымальнымі аптычнымі якасцямі для падтрымкі ўзмацнення магутнасці Multi-PWлазеры. Устаноўлена, што калі крышталь DKDP запампоўваецца падвойным святлом частоты шкла лазера ND, калі даўжыня хвалі носьбіта ўзмоцненага імпульсу складае 910 нм, першыя тры тэрміны пашырэння тэйларскага пашырэння вектара хваль - 0.
Малюнак 1 - гэта схематычная макет лазернай сістэмы XCELS. Пярэдні канец згенераваны шчабятанымі фемтосекунднымі імпульсамі з цэнтральнай даўжынёй хвалі 910 нм (1,3 на малюнку 1) і 1054 нМ нанасекундных імпульсаў, якія ўводзяцца ў лазер, які перапампоўваецца OPCPA (1,1 і 1,2 на малюнку 1). Пярэдні канец таксама забяспечвае сінхранізацыю гэтых імпульсаў, а таксама неабходную энергію і прасторава -часовыя параметры. Прамежкавы OPCPA, які працуе з больш высокай хуткасцю паўтарэння (1 Гц), узмацняе шчабяты імпульс да дзясяткаў джоуля (2 на малюнку 1). Імпульс дадаткова ўзмацняецца бустэрам OPCPA ў адзін кіладжульскі прамень і падзелены на 12 аднолькавых падгань (4 на малюнку 1). У апошніх 12 OPCPA кожны з 12 шчабятаных светлавых імпульсаў узмацняецца да ўзроўню кіладжуле (5 на малюнку 1), а затым сціскаецца 12 сношамі сціску (GC 6 на малюнку 1). Акуста-аптычны фільтр праграмаванага дысперсіі выкарыстоўваецца ў пярэдняй частцы, каб дакладна кантраляваць дысперсію хуткасці і дысперсію высокага парадку, каб атрымаць найменшую магчымыя шырыні імпульсу. Імпульсны спектр мае форму амаль 12-га парадку супергауса, а спектральная прапускная здольнасць пры 1% ад максімальнага значэння складае 150 нм, што адпавядае шырыні імпульсу пераўтварэння Фур'е 17 Fs. Улічваючы няпоўную кампенсацыю дысперсіі і складанасць нелінейнай фазавай кампенсацыі ў параметрычных узмацняльнікаў, чаканая шырыня імпульсу складае 20 Fs.
У лазеры XCELS будзе працаваць два 8-канальныя лазерныя лазерныя частоты NEFL-2M Neodyium Laser Overty (3 на малюнку 1), з якіх 13 каналаў будуць выкарыстоўвацца для перапампоўкі ўзмацняльніка OPCPA і 12 Final OPCPA. Астатнія тры каналы будуць выкарыстоўвацца ў якасці незалежнага нанасекунднага кіладжуле, імпульсныхЛазерныя крыніцыдля іншых эксперыментаў. Абмежаваны парогам аптычнага разбору крышталяў DKDP, інтэнсіўнасць апрамянення помпы імпульсу ўсталёўваецца ў 1,5 ГВт/см2 для кожнага канала, а працягласць складае 3,5 нс.
Кожны канал лазера XCELS вырабляе імпульсы з магутнасцю 50 PW. У агульнай складанасці 12 каналаў забяспечваюць агульную магутнасць вываду 600 PW. У асноўнай мэтавай камеры максімальная інтэнсіўнасць факусоўкі кожнага канала ў ідэальных умовах складае 0,44 × 1025 Вт/см2, мяркуючы, што для факусоўкі выкарыстоўваюцца элементы факусоўкі f/1. Калі імпульс кожнага канала дадаткова сціскаецца да 2,6 Fs пры дапамозе тэхнікі пост-сціску, адпаведная магутнасць выходнага імпульсу будзе павялічана да 230 PW, што адпавядае інтэнсіўнасцю святла 2,0 × 1025 Вт/см2.
Для дасягнення большай інтэнсіўнасці святла, на вывадзе 600 PW, лёгкія імпульсы ў 12 каналах будуць сканцэнтраваны ў геаметрыі зваротнага дыпольнага выпраменьвання, як паказана на малюнку 2. Калі фаза імпульсу ў кожным канале не заблакавана, інтэнсіўнасць фокусу можа дасягаць 9 × 1025 Вт/см2. Калі кожная фаза імпульсу будзе заблакаваная і сінхранізавана, узгодненая інтэнсіўнасць святла будзе павялічана да 3,2 × 1026 Вт/см2. У дадатак да асноўнага мэтавага нумара, праект XCELS ўключае ў сябе да 10 лабараторый карыстальнікаў, кожны атрымлівае адзін або некалькі прамянёў для эксперыментаў. Выкарыстоўваючы гэта надзвычай моцнае светлавое поле, праект XCELS плануе правесці эксперыменты ў чатырох катэгорыях: працэсы квантавай электрадынамікі ў інтэнсіўных лазерных палях; Вытворчасць і паскарэнне часціц; Генерацыя другаснага электрамагнітнага выпраменьвання; Лабараторная астрафізіка, працэсы высокай шчыльнасці энергіі і дыягнастычныя даследаванні.
Мал. 2 Фокус геаметрыі ў асноўнай мэтавай камеры. Для нагляднасці парабалічнае люстэрка прамяня 6 усталёўваецца ў празрыстае, а ўваходныя і выходныя прамяні паказваюць толькі два каналы 1 і 7
На малюнку 3 паказана прасторавая планіроўка кожнай функцыянальнай плошчы лазернай сістэмы XCELS у эксперыментальным будынку. У сутарэннях размешчаны электраэнергія, вакуумныя помпы, ачыстка вады, ачышчэнне і кандыцыянер. Агульная плошча будаўніцтва складае больш за 24 000 м2. Агульнае спажыванне электраэнергіі складае каля 7,5 МВт. Эксперыментальны будынак складаецца з унутранай полай агульнай рамы і знешняй секцыі, кожная з якіх пабудавана на двух развязаных падмурках. Вакуумныя і іншыя сістэмы, якія выклікаюць вібрацыю, усталёўваюцца на аснове, ізаляванай вібрацыяй, так што амплітуда парушэння, якая перадаецца ў лазерную сістэму праз падмурак, а падтрымка памяншаецца да менш за 10-10 G2/Гц у дыяпазоне частот 1-200 Гц. Акрамя таго, у лазернай зале ўстаноўлена сетка геадэзічных эталонных маркераў для сістэматычнага кантролю за дрэйфам зямлі і абсталявання.
Праект XCELS накіраваны на стварэнне вялікага навуковага даследавання, заснаванага на надзвычай высокіх пікавых лазерах. Адзін канал лазернай сістэмы XCELS можа забяспечыць мэтанакіраваную інтэнсіўнасць святла ў некалькі разоў вышэй, чым 1024 Вт/см2, што можна перавысіць на 1025 Вт/см2 з тэхналогіяй пасля спалучэння. Пры дапамозе дыпольных імпульсаў з 12 каналаў у лазернай сістэме інтэнсіўнасць, блізкая да 1026 Вт/см2, можа быць дасягнута нават без пасляпрэсіі і фіксацыі фаз. Калі фазавая сінхранізацыя паміж каналамі заблакавана, інтэнсіўнасць святла будзе ў некалькі разоў вышэй. Выкарыстоўваючы гэтыя рэкордныя інтэнсіўнасці імпульсу і шматканальны макет прамяня, будучы аб'ект XCELS зможа праводзіць эксперыменты з надзвычай высокай інтэнсіўнасцю, складаным размеркаваннем светлавога поля і дыягнаставаць узаемадзеянне з выкарыстаннем шматканальных лазерных прамянёў і другаснага выпраменьвання. Гэта будзе адыгрываць унікальную ролю ў галіне эксперыментальнай фізікі звышмоцнага электрамагнітнага поля.
Час паведамлення: сакавік-26-2024