Neseniai Rusijos mokslų akademijos taikomosios fizikos institutas pristatė Exawatt Extreme Light Study (XCELS), didelių mokslinių prietaisų tyrimų programą, pagrįstą ypačDidelės galios lazeriai. Projektas apima labaiDidelės galios lazerisRemiantis optiniu parametriniu čirškto impulsų amplifikacijos technologija didelėje diafragmos kalio dideuteriumo fosfate (DKDP, cheminės formulės KD2PO4) kristaluose, kurių tikimasi, kad bendra išvestis bus 600 PW didžiausios galios impulsų. Šis darbas pateikia svarbią informaciją ir tyrimų išvadas apie „XCELS“ projektą ir jo lazerines sistemas, apibūdinančias programas ir galimą poveikį, susijusį su ypač stiprios šviesos lauko sąveika.
„XCELS“ programa buvo pasiūlyta 2011 m., Kai pradinis tikslas - pasiekti didžiausią galiąlazerisPulso išėjimas iš 200 PW, kuris šiuo metu atnaujinamas iki 600 PW. JoLazerio sistemaRemia tris pagrindines technologijas:
(1) Vietoj tradicinio čirškinto impulsų amplifikacijos („Chirped Pulse“ amplifikacijos, OPCPA) naudojama optinis parametrinis chirpinio impulsų amplifikacijos (OPCPA) technologija. CPA) technologija;
(2) Naudojant DKDP kaip stiprinimo terpę, ypač plačiajuosčio ryšio fazės atitikimas yra pasiekiamas netoli 910 nm bangos ilgio;
(3) Parametriniam stiprintuvui siurbti naudojamas didelis diafragmos neodimio stiklo lazeris su tūkstančių džaulių impulsų energija.
Itin plačių juostos fazės atitikimas yra plačiai randamas daugelyje kristalų ir naudojamas OPCPA femtosekundės lazeriuose. DKDP kristalai naudojami, nes jie yra vienintelė praktiškai randama medžiaga, kurią galima išauginti iki dešimčių centimetrų diafragmos ir tuo pačiu metu turi priimtinas optines savybes, kad būtų galima paremti daugialypės PW galios amplifikacijąlazeriai. Nustatyta, kad kai DKDP kristalą pumpuoja ND stiklo lazerio dvigubo dažnio šviesa, jei sustiprinto impulso nešiklio bangos ilgis yra 910 nm, pirmieji trys bangos vektorių neatitikimo Tayloro išplėtimo terminai yra 0.
1 paveikslas yra „XCELS“ lazerio sistemos schema. Priekinis galas sukūrė chirped femtosekundės impulsus, kurių centrinis bangos ilgis buvo 910 nm (1,3 1 paveiksle) ir 1054 nm nanosekundės impulsai, įšvirkščiami į OPCPA siurbtą lazerį (1,1 ir 1,2 1 paveiksle). Priekinis galas taip pat užtikrina šių impulsų sinchronizavimą, taip pat reikiamus energijos ir spatiotemporalinius parametrus. Tarpinis OPCPA, veikiantis didesniu pasikartojimo greičiu (1 Hz), sustiprina čiršktą impulsą iki dešimčių džaulių (2 pav. 1). Pulsas dar labiau sustiprina „Booster“ OPCPA į vieną kilogijaus pluoštą ir padalintas į 12 identiškų pogrupių (4 pav. 1). Paskutiniame 12 OPCPA kiekvienas iš 12 čiršktų šviesos impulsų sustiprinamas į kilojus lygį (5 pav. 5) ir suspaudžiamas 12 suspaudimo grotelių (GC 6 paveiksle 1 paveiksle). Priekiniame gale naudojamas akusto-optinis programinis dispersijos filtras, siekiant tiksliai valdyti grupės greičio dispersiją ir aukštos eilės dispersiją, kad būtų gautas mažiausias įmanomas impulsų plotis. Impulsų spektro forma yra beveik 12-os eilės „Supergauss“, o spektrinis pralaidumas, kurio maksimali vertė yra 150 nm, yra 150 nm, tai reiškia Furjė transformacijos ribinio impulsų plotį-17 FS. Atsižvelgiant į neišsamią dispersijos kompensaciją ir netiesinės fazės kompensacijos sunkumus parametriniuose stiprintuvuose, numatomas impulsų plotis yra 20 fs.
„XCELS“ lazeriu bus naudojami du 8 kanalų UFL-2M neodimio stiklo lazerio dažnio dvigubinimo moduliai (3 pav. 3), iš kurių 13 kanalų bus naudojami siurbti Booster OPCPA ir 12 galutinių OPCPA. Likę trys kanalai bus naudojami kaip nepriklausoma nanosekundės kilojus impulsinisLazerio šaltiniaikitiems eksperimentams. Apribota DKDP kristalų optinio skilimo slenksčio, pumpuojamo impulso švitinimo intensyvumas yra 1,5 GW/cm2 kiekvienam kanalui, o trukmė yra 3,5 ns.
Kiekvienas „Xcels“ lazerio kanalas sukuria impulsus, kurių galia yra 50 PW. Iš viso 12 kanalų suteikia 600 PW išėjimo galią. Pagrindinėje tikslinėje kameroje kiekvieno kanalo maksimalus fokusavimo intensyvumas idealiomis sąlygomis yra 0,44 × 1025 W/cm2, darant prielaidą, kad fokusavimui naudojami f/1 fokusavimo elementai. Jei kiekvieno kanalo impulsas dar labiau suspaudžiamas iki 2,6 FS postompresijos metodu, atitinkama išėjimo impulsų galia bus padidinta iki 230 PW, tai atitiktų 2,0 × 1025 W/cm2 šviesos intensyvumą.
Norint pasiekti didesnį šviesos intensyvumą, esant 600 PW išėjimui, 12 kanalų šviesos impulsai bus sutelkti į atvirkštinės dipolio spinduliuotės geometriją, kaip parodyta 2 paveiksle. Kai kiekvieno kanalo impulsų fazė nėra užrakinta, fokusavimo intensyvumas gali. Pasiekite 9 × 1025 W/cm2. Jei kiekviena impulsų fazė yra užrakinta ir sinchronizuota, nuoseklus gaunamas šviesos intensyvumas bus padidintas iki 3,2 × 1026 W/cm2. Be pagrindinio tikslinio kambario, „XCELS“ projekte yra iki 10 vartotojų laboratorijų, kurių kiekviena gauna vieną ar daugiau sijų eksperimentams. Naudodamas šį ypač stiprų šviesos lauką, „XCELS“ projektas planuoja atlikti eksperimentus keturiose kategorijose: kvantinės elektrodinamikos procesai intensyviuose lazeriniuose laukuose; Dalelių gamyba ir pagreitis; Antrinės elektromagnetinės spinduliuotės generavimas; Laboratorinė astrofizika, didelio energijos tankio procesai ir diagnostiniai tyrimai.
Fig. 2 Pagrindinės tikslinės kameros geometrijos fokusavimas. Aiškumo aiškumui, 6 sijos paraborinis veidrodis yra skaidrus, o įvesties ir išvesties pluoštai rodo tik du 1 ir 7 kanalus
3 paveiksle parodytas kiekvienos „XCELS“ lazerinės sistemos funkcinės srities erdvinis išdėstymas eksperimentiniame pastate. Rūsyje yra elektra, vakuuminiai siurbliai, vandens valymas, valymas ir oro kondicionieriai. Bendras statybų plotas yra daugiau nei 24 000 m2. Bendras energijos suvartojimas yra apie 7,5 MW. Eksperimentinį pastatą sudaro vidinis tuščiavidurio rėmo ir išorinis skyrius, kiekvienas pastatytas ant dviejų atsiribojusių pamatų. Ant vibracijos izoliuoto pamato yra sumontuotos vakuuminės ir kitos vibracijos sukeliančios sistemos, kad į lazerio sistemą perduodamų trikdžių amplitudė per pamatą, o atrama sumažėtų iki mažesnės nei 10–10 G2/Hz dažnių diapazone, esant dažnių diapazonui, esant dažnių diapazonui. 1-200 Hz. Be to, lazerio salėje yra sukurtas geodezinių atskaitos žymeklių tinklas, kad būtų sistemingai stebimas žemės ir įrangos dreifas.
„XCELS“ projekte siekiama sukurti didelę mokslinių tyrimų įstaigą, pagrįstą ypač aukštu smailės galios lazeriais. Vienas „XCELS“ lazerio sistemos kanalas gali suteikti fokusuotą šviesos intensyvumą kelis kartus didesnį nei 1024 W/cm2, kurį galima dar labiau viršyti 1025 W/cm2 su postompresijos technologija. Dipolio fokusuojančių impulsų iš 12 kanalų lazerinėje sistemoje impulsai, beveik 1026 W/cm2 intensyvumas gali būti pasiektas net be postompresijos ir fazių fiksavimo. Jei fazės sinchronizavimas tarp kanalų yra užrakinta, šviesos intensyvumas bus kelis kartus didesnis. Naudojant šį rekordinį impulsų intensyvumą ir daugiakanalį pluošto išdėstymą, būsimas „XCELS“ įrenginys galės atlikti eksperimentus su ypač dideliu intensyvumu, sudėtingu šviesos lauko pasiskirstymu ir diagnozuoti sąveiką, naudodama daugiakanalinę lazerio pluoštą ir antrinę radiaciją. Tai vaidins unikalų vaidmenį super stiprios elektromagnetinio lauko eksperimentinės fizikos srityje.
Pašto laikas: 2012 m. Kovo 26 d