به تازگی ، انستیتوی فیزیک کاربردی آکادمی علوم روسیه مرکز Exawatt را برای مطالعه نور شدید (XCELS) معرفی کرد ، یک برنامه تحقیقاتی برای وسایل علمی بزرگ مبتنی بر فوق العادهلیزرهای قدرت بالابشر این پروژه شامل ساخت یک بسیار استلیزر قدرت بالابر اساس فناوری تقویت پالس پارامتری نوری در دیافراگم دیافراگم پتاسیم دیس فسفات (DKDP ، فرمول شیمیایی KD2PO4) کریستال ، با خروجی کل انتظار می رود 600 پالس قدرت اوج PW. این کار جزئیات و یافته های تحقیق مهم در مورد پروژه XCELS و سیستم های لیزر آن را ارائه می دهد ، و توصیف برنامه ها و تأثیرات بالقوه مربوط به تعامل میدان نور فوق العاده قوی.
برنامه Xcels در سال 2011 با هدف اولیه دستیابی به قدرت اوج پیشنهاد شدلیزرخروجی پالس 200 PW ، که در حال حاضر به 600 PW ارتقا یافته است. آن راسیستم لیزریبه سه فناوری اصلی متکی است:
(1) فن آوری تقویت پالس پارامتری نوری (OPCPA) به جای تقویت پالس سنتی سنتی (تقویت پالس کرپ ، OPCPA) استفاده می شود. CPA) فناوری ؛
(2) با استفاده از DKDP به عنوان متوسط افزایش ، تطبیق فاز با پهنای باند در نزدیکی طول موج 910 نانومتر تحقق می یابد.
(3) از لیزر شیشه ای دیافراگم بزرگ با انرژی پالس هزاران ژول برای پمپاژ یک تقویت کننده پارامتری استفاده می شود.
تطبیق فاز فوق العاده گسترده در بسیاری از کریستال ها به طور گسترده ای یافت می شود و در لیزرهای Femtosecond OPCPA استفاده می شود. از کریستال های DKDP استفاده می شود زیرا آنها تنها ماده ای هستند که در عمل یافت می شوند که می توانند به ده ها سانتیمتر دیافراگم رشد کنند و در عین حال دارای خصوصیات نوری قابل قبولی برای پشتیبانی از تقویت قدرت چند PW هستندلیزربشر مشخص شده است که هنگامی که کریستال DKDP توسط نور فرکانس دو لیزر شیشه ای ND پمپ می شود ، اگر طول موج حامل پالس تقویت شده 910 نانومتر باشد ، سه اصطلاح اول گسترش تیلور از عدم تطابق بردار موج 0 است.
شکل 1 یک طرح شماتیک از سیستم لیزر Xcels است. انتهای جلوی پالس های فموتوس ثانیه ای با طول موج مرکزی 910 نانومتر (1.3 در شکل 1) و پالس های نانو ثانیه 1054 نانومتر به لیزر پمپ شده OPCPA (1.1 و 1.2 در شکل 1) تولید می شود. انتهای جلو همچنین هماهنگ سازی این پالس ها و همچنین انرژی مورد نیاز و پارامترهای مکانی مکانی را تضمین می کند. OPCPA میانی که با سرعت تکرار بالاتر (1 هرتز) کار می کند ، پالس پیچیده را به ده ها ژول تقویت می کند (2 در شکل 1). پالس بیشتر توسط تقویت کننده OPCPA به یک پرتوی Kilojoule تقویت شده و به 12 پرتوی یکسان (4 در شکل 1) تقسیم می شود. در 12 OPCPA پایانی ، هر یک از 12 پالس نور چرخ دار به سطح Kilojoule (5 در شکل 1) تقویت می شود و سپس با 12 توری فشرده سازی فشرده می شود (GC از 6 در شکل 1). از فیلتر پراکندگی قابل برنامه ریزی آکوستیک و نوری در انتهای جلو استفاده می شود تا دقیقاً پراکندگی سرعت گروه و پراکندگی مرتبه بالا را کنترل کند ، تا بتواند کوچکترین عرض پالس ممکن را بدست آورد. طیف پالس دارای شکل تقریباً سوپرگاوس مرتبه دوازدهم است و پهنای باند طیفی در 1 ٪ از حداکثر مقدار 150 نانومتر است که مربوط به عرض پالس محدودیت تبدیل فوریه از 17 FS است. با توجه به جبران پراکندگی ناقص و دشواری جبران فاز غیرخطی در تقویت کننده های پارامتری ، عرض پالس مورد انتظار 20 FS است.
لیزر Xcels از دو ماژول دو برابر لیزر لیزر لیزر 8 کانال UFL-2M استفاده می کند (3 در شکل 1) ، که از این تعداد 13 کانال برای پمپ تقویت کننده OPCPA و 12 OPCPA نهایی استفاده می شود. از سه کانال باقیمانده به عنوان پالس Nanosecond Kilojoule استفاده می شودمنابع لیزریبرای آزمایش های دیگر محدود با آستانه تجزیه نوری از کریستال های DKDP ، شدت تابش پالس پمپ شده برای هر کانال 1.5 gw/cm2 تنظیم شده و مدت زمان آن 3.5 نانومتر است.
هر کانال از لیزر Xcels پالس هایی با قدرت 50 pw تولید می کند. در مجموع 12 کانال قدرت خروجی 600 PW را فراهم می کند. در محفظه هدف اصلی ، حداکثر شدت تمرکز هر کانال در شرایط ایده آل 1025 × 1025 W/cm2 است ، با فرض اینکه از عناصر تمرکز F/1 برای تمرکز استفاده می شود. اگر پالس هر کانال با استفاده از تکنیک پس از فشار بیشتر به 2.6 fs فشرده شود ، قدرت پالس خروجی مربوطه به 230 PW افزایش می یابد ، که مربوط به شدت نور 1025 W/cm2 است.
برای دستیابی به شدت نور بیشتر ، در خروجی 600 PW ، پالس های نور در 12 کانال در هندسه تابش دو قطبی معکوس متمرکز می شوند ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. وقتی مرحله پالس در هر کانال قفل نشده است ، شدت تمرکز می تواند به 1025 W/cm2 برسد. اگر هر فاز پالس قفل و هماهنگ باشد ، شدت نور ناشی از منسجم به 1026 × 1026 W/cm2 افزایش می یابد. علاوه بر اتاق هدف اصلی ، پروژه XCELS شامل حداکثر 10 آزمایشگاه کاربر است که هر کدام یک یا چند تیر را برای آزمایش دریافت می کنند. با استفاده از این میدان نور بسیار قوی ، پروژه Xcels قصد دارد آزمایشات را در چهار دسته انجام دهد: فرآیندهای الکترودینامیک کوانتومی در زمینه های لیزر شدید. تولید و شتاب ذرات ؛ تولید تابش الکترومغناطیسی ثانویه. اخترفیزیک آزمایشگاهی ، فرآیندهای چگالی انرژی بالا و تحقیقات تشخیصی.
شکل 2 تمرکز هندسه در محفظه هدف اصلی. برای وضوح ، آینه پارابولیک پرتو 6 به صورت شفاف تنظیم شده است ، و تیرهای ورودی و خروجی فقط دو کانال 1 و 7 را نشان می دهند
شکل 3 طرح مکانی هر منطقه عملکردی سیستم لیزر Xcels در ساختمان آزمایشی را نشان می دهد. برق ، پمپ های خلاء ، تصفیه آب ، تصفیه و تهویه مطبوع در زیرزمین قرار دارد. کل منطقه ساخت و ساز بیش از 24000 متر مربع است. مصرف کل انرژی در حدود 7.5 مگاوات است. ساختمان آزمایشی شامل یک قاب کلی توخالی داخلی و یک بخش خارجی است که هر یک بر روی دو پایه جدا شده ساخته شده است. خلاء و سایر سیستم های تحریک کننده لرزش بر روی بنیاد جدا شده لرزش نصب شده است ، به طوری که دامنه اختلال منتقل شده از طریق بنیاد و پشتیبانی به سیستم لیزر منتقل می شود و در محدوده فرکانس 1-200 هرتز به کمتر از 10-10 گرم در هرتز کاهش می یابد. علاوه بر این ، شبکه ای از نشانگرهای مرجع ژئودزیک در سالن لیزر تنظیم شده است تا به طور سیستماتیک رانش زمین و تجهیزات را کنترل کند.
پروژه XCELS با هدف ایجاد یک مرکز تحقیقاتی علمی بزرگ بر اساس لیزرهای قدرت بسیار بالا اوج. یک کانال از سیستم لیزر Xcels ممکن است شدت نور متمرکز را چندین برابر بیشتر از 1024 W/cm2 فراهم کند ، که می تواند با استفاده از فناوری پس از فشرده سازی از 1025 W/cm2 بیشتر شود. با پالس های دو قطبی از 12 کانال در سیستم لیزر ، شدت نزدیک به 1026 W/cm2 می تواند حتی بدون فشار پس از فشار و قفل فاز حاصل شود. اگر هماهنگ سازی فاز بین کانال ها قفل شود ، شدت نور چندین برابر بیشتر خواهد بود. با استفاده از این شدت پالس رکورددار و طرح پرتو چند کانال ، تسهیلات Xcels آینده قادر به انجام آزمایشاتی با شدت بسیار بالا ، توزیع میدان نور پیچیده و تشخیص تعامل با استفاده از پرتوهای لیزر چند کانال و تابش ثانویه خواهد بود. این یک نقش منحصر به فرد در زمینه فیزیک آزمایشی میدان الکترومغناطیسی فوق العاده قوی خواهد داشت.
زمان پست: مارس 26-2024