Ба наздикӣ Институти физикаи амалии Академияи илмҳои Русия Маркази омӯзиши нури шадиди eXawatt (XCELS)-ро муаррифӣ кард, ки як барномаи тадқиқотӣ барои дастгоҳҳои калони илмӣ мебошад, ки ба таври фавқулодда асос ёфтааст.лазерҳои баландқувватЛоиҳа сохтмони як бинои хелелазери баландқувватбар асоси технологияи тақвияти импулси параметрии оптикӣ дар кристаллҳои диафрагмаи калони диафрагмавии фосфати калий (DKDP, формулаи химиявии KD2PO4), ки бо баромади умумии интизоршаванда 600 импулси қувваҳои авҷи PW мебошад. Ин кор тафсилоти муҳим ва натиҷаҳои тадқиқотиро дар бораи лоиҳаи XCELS ва системаҳои лазерии он пешниҳод мекунад ва татбиқ ва таъсири эҳтимолии марбут ба таъсири мутақобилаи майдони нури ултрақавӣ-қавӣ-ро тавсиф мекунад.
Барномаи XCELS соли 2011 бо ҳадафи аввалияи ноил шудан ба қуллаи қудрат пешниҳод шуда буд.лазерИқтидори импулсии он 200 PW аст, ки айни замон то 600 PW такмил дода шудааст.системаи лазерӣба се технологияи асосӣ такя мекунад:
(1) Технологияи тақвияти импулсии параметрии чирпшудаи оптикӣ (OPCPA) ба ҷои технологияи анъанавии тақвияти импулсии чирпшуда (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) истифода мешавад;
(2) Бо истифода аз DKDP ҳамчун муҳити тақвиятдиҳанда, мувофиқати фазаи ултра васеъбасомад дар наздикии дарозии мавҷи 910 нм амалӣ карда мешавад;
(3) Барои насос кардани як пурқувваткунандаи параметрӣ, лазери шишагии неодимии диафрагмаи калон бо энергияи импулсии ҳазорҳо ҷоул истифода мешавад.
Мутобиқсозии фазаи ултра-васеъбанд дар бисёр кристаллҳо ба таври васеъ мавҷуд аст ва дар лазерҳои фемтосонияи OPCPA истифода мешавад. Кристаллҳои DKDP истифода мешаванд, зеро онҳо ягона маводе мебошанд, ки дар амалия мавҷуданд, ки метавонанд то даҳҳо сантиметр диафрагма парвариш карда шаванд ва дар айни замон дорои хусусиятҳои оптикии қобили қабул барои дастгирии тақвияти қувваи бисёрқабата мебошанд.лазерҳоМуайян карда шудааст, ки вақте ки кристалли DKDP бо нури басомади дукаратаи лазери шишагии ND пур карда мешавад, агар дарозии мавҷи интиқолдиҳандаи импулси тақвиятёфта 910 нм бошад, се узви аввали номувофиқати вектори мавҷҳои васеъшавии Тейлор 0 мебошанд.
Расми 1 нақшаи схемавии системаи лазерии XCELS мебошад. Қисми пеш импулсҳои фемтосонияи чирпшударо бо дарозии мавҷи марказии 910 нм (1.3 дар Расми 1) ва импулсҳои наносонияи 1054 нм, ки ба лазери насосии OPCPA ворид карда шудаанд (1.1 ва 1.2 дар Расми 1), тавлид мекунад. Қисми пеш инчунин ҳамоҳангсозии ин импулсҳоро, инчунин параметрҳои зарурии энергия ва фазоӣ-замониро таъмин мекунад. OPCPA-и миёна, ки бо суръати баландтари такрор (1 Гц) кор мекунад, импулси чирпшударо то даҳҳо ҷоул (2 дар Расми 1) тақвият медиҳад. Импулс аз ҷониби Booster OPCPA ба як шуои як килоджоул тақвият дода мешавад ва ба 12 зершуои якхела тақсим карда мешавад (4 дар Расми 1). Дар 12 OPCPA-и ниҳоӣ, ҳар яке аз 12 импулси рӯшноии чирпшуда то сатҳи килоджоул тақвият дода мешавад (5 дар Расми 1) ва сипас бо 12 панҷараи фишурдасозӣ (GC аз 6 дар Расми 1) фишурда мешавад. Филтри дисперсияи барномарезишавандаи акустикӣ-оптикӣ дар қисмати пешӣ барои назорати дақиқи дисперсияи суръати гурӯҳӣ ва дисперсияи тартиби баланд истифода мешавад, то паҳнои импулси хурдтаринро ба даст орад. Спектри импулс шакли қариб супергаусси тартиби 12-умро дорад ва паҳнои банди спектрӣ дар 1% арзиши максималӣ 150 нм аст, ки ба паҳнои импулси ҳадди аксар табдили Фурье 17 фс мувофиқат мекунад. Бо назардошти ҷуброни нопурраи дисперсия ва душвории ҷуброни фазаи ғайрихаттӣ дар тақвиятдиҳандаҳои параметрӣ, паҳнои импулси пешбинишуда 20 фс аст.
Лазери XCELS аз ду модули дучандкунии басомади лазерии шишагии неодимии 8-каналии UFL-2M (3 дар расми 1) истифода хоҳад бурд, ки аз онҳо 13 канал барои насос кардани OPCPA-и Booster ва 12 OPCPA-и ниҳоӣ истифода хоҳанд шуд. Се канали боқимонда ҳамчун килоҷоули импулсии наносонияи мустақил истифода хоҳанд шуд.манбаъҳои лазерӣбарои дигар таҷрибаҳо. Маҳдудият бо остонаи шикастани оптикии кристаллҳои DKDP, шиддати нурпошии импулси насосшуда барои ҳар як канал ба 1,5 ГВт/см2 муқаррар карда шудааст ва давомнокӣ 3,5 нс аст.
Ҳар як канали лазери XCELS импулсҳоро бо қувваи 50 PW истеҳсол мекунад. Дар маҷмӯъ 12 канал қувваи умумии баромади 600 PW-ро таъмин мекунанд. Дар камераи асосии ҳадаф, шиддати максималии фокускунии ҳар як канал дар шароити беҳтарин 0.44 × 1025 Вт/см2 аст, бо назардошти он ки унсурҳои фокускунии F/1 барои фокускунӣ истифода мешаванд. Агар импулси ҳар як канал бо истифода аз техникаи пас аз фишурдасозӣ то 2.6 фс фишурда шавад, қувваи импулси баромади мувофиқ то 230 PW зиёд карда мешавад, ки ба шиддати рӯшноии 2.0 × 1025 Вт/см2 мувофиқат мекунад.
Барои ноил шудан ба шиддати бештари рӯшноӣ, дар баромади 600 PW, импулсҳои рӯшноӣ дар 12 канал дар геометрияи радиатсияи диполии баръакс мутамарказ карда мешаванд, чунон ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Вақте ки фазаи импулс дар ҳар як канал қулф карда намешавад, шиддати фокус метавонад ба 9 × 1025 Вт/см2 расад. Агар ҳар як фазаи импулс қулф карда шавад ва ҳамоҳанг карда шавад, шиддати рӯшноии натиҷаи когерентӣ то 3.2 × 1026 Вт/см2 зиёд карда мешавад. Илова бар утоқи асосии мақсаднок, лоиҳаи XCELS то 10 озмоишгоҳи корбарро дар бар мегирад, ки ҳар кадоме як ё якчанд шуоъро барои таҷрибаҳо қабул мекунад. Бо истифода аз ин майдони хеле қавӣ, лоиҳаи XCELS нақша дорад, ки таҷрибаҳоро дар чор категория анҷом диҳад: равандҳои электродинамикаи квантӣ дар майдонҳои шадиди лазерӣ; Истеҳсол ва шитобёбии зарраҳо; Тавлиди радиатсияи электромагнитии дуюмдараҷа; Астрофизикаи лабораторӣ, равандҳои зичии баланди энергия ва тадқиқоти ташхисӣ.
РАСМИ 2. Геометрияи фокусӣ дар камераи асосии мақсаднок. Барои равшанӣ, оинаи параболии шуоъ 6 ба шаффофият муқаррар карда шудааст ва шуоъҳои вуруд ва баромад танҳо ду канали 1 ва 7-ро нишон медиҳанд.
Расми 3 тарҳбандии фазоии ҳар як минтақаи функсионалии системаи лазерии XCELS дар бинои таҷрибавӣ нишон медиҳад. Нерӯи барқ, насосҳои вакуумӣ, тозакунии об, тозакунӣ ва кондитсионеркунӣ дар таҳхона ҷойгиранд. Масоҳати умумии сохтмон беш аз 24,000 м2 аст. Масрафи умумии нерӯи барқ тақрибан 7,5 МВт аст. Бинои таҷрибавӣ аз чаҳорчӯбаи умумии холӣ дарунӣ ва як қисмати беруна иборат аст, ки ҳар кадоме дар ду таҳкурсии ҷудогона сохта шудаанд. Вакуум ва дигар системаҳои ларзишдиҳанда дар таҳкурсии изолятсияшудаи ларзиш насб карда шудаанд, то амплитудаи халалдоршавии интиқолшаванда ба системаи лазерӣ тавассути таҳкурсӣ ва такягоҳ то камтар аз 10-10 g2/Hz дар диапазони басомади 1-200 Hz кам карда шавад. Илова бар ин, дар толори лазерӣ шабакаи нишонаҳои истинодии геодезӣ барои назорати мунтазами ҳаракати замин ва таҷҳизот ташкил карда шудааст.
Лоиҳаи XCELS ба таъсиси як иншооти бузурги тадқиқоти илмӣ дар асоси лазерҳои қуллаҳои ниҳоят баланд нигаронида шудааст. Як канали системаи лазерии XCELS метавонад шиддати рӯшноии мутамарказро чанд маротиба зиёдтар аз 1024 Вт/см2 таъмин кунад, ки онро бо технологияи пас аз фишурдасозӣ метавон бо 1025 Вт/см2 зиёдтар кард. Бо истифода аз импулсҳои диполӣ-тамарказкунӣ аз 12 канал дар системаи лазерӣ, шиддати наздик ба 1026 Вт/см2 ҳатто бе пас аз фишурдасозӣ ва қулфкунии фаза ба даст овардан мумкин аст. Агар ҳамоҳангсозии фаза байни каналҳо қулф карда шавад, шиддати рӯшноӣ чанд маротиба зиёдтар хоҳад буд. Бо истифода аз ин шиддатҳои импулсҳои рекордӣ ва тарҳбандии нури бисёрканалӣ, иншооти ояндаи XCELS метавонад таҷрибаҳоро бо шиддати ниҳоят баланд, тақсимоти мураккаби майдони рӯшноӣ анҷом диҳад ва бо истифода аз нурҳои лазерии бисёрканалӣ ва радиатсияи дуюмдараҷа ташхиси таъсири мутақобиларо анҷом диҳад. Ин дар соҳаи физикаи таҷрибавии майдони электромагнитии хеле қавӣ нақши беназир хоҳад дошт.
Вақти нашр: 26 марти соли 2024