Ба наздикӣ Институти физикаи амалии Академияи илмҳои Русия Маркази eXawatt барои омӯзиши рӯшноии шадид (XCELS) -ро ҷорӣ кард, ки барномаи тадқиқотӣ барои дастгоҳҳои бузурги илмӣ дар асосилазерҳои пурқувват. Дар лоиха сохтмони хелелазерӣ пурқувватдар асоси технологияи пурқувваткунии импулси оптикии параметрӣ дар кристаллҳои фосфати дидеутерии калий (DKDP, формулаи кимиёвии KD2PO4) бо 600 импульсҳои қуллаи қудрати PW дар назар дошта шудааст. Ин кор тафсилоти муҳим ва бозёфтҳои тадқиқотиро дар бораи лоиҳаи XCELS ва системаҳои лазерии он, тавсифи барномаҳо ва таъсироти эҳтимолии марбут ба таъсири мутақобилаи ултра қавӣ дар майдони рӯшноӣ медиҳад.
Барномаи XCELS дар соли 2011 бо ҳадафи аввалини ноил шудан ба қудрати баланд пешниҳод шуда буд.лазербаромади набзи 200 PW, ки ҳоло ба 600 PW такмил дода шудааст. онсистемаи лазерӣба се технологияи асосӣ такя мекунад:
(1) Технологияи Оптикии Параметрии Амплификатсияи Набзи Чирпед (OPCPA) ба ҷои амплификацияи анъанавии Chirped Pulse (Ampplification Chirped Pulse, OPCPA) истифода мешавад. CPA) технология;
(2) Бо истифода аз DKDP ҳамчун воситаи фоида, мувофиқати фазаи ултра фарохмаҷро дар наздикии дарозии мавҷи 910 нм амалӣ карда мешавад;
(3) Барои насоси пурқувваткунандаи параметрӣ як лазери шишагии неодимиии калон бо энергияи набзи ҳазорҳо ҷоул истифода мешавад.
Мутобиқати марҳилаи ултра-васеъ дар бисёр кристаллҳо ба таври васеъ пайдо мешавад ва дар лазерҳои фемтосекундии OPCPA истифода мешавад. Кристаллҳои DKDP истифода мешаванд, зеро онҳо ягона маводе мебошанд, ки дар амалия пайдо мешаванд, ки метавонанд ба даҳҳо сантиметр кушода шаванд ва дар айни замон дорои сифатҳои оптикии қобили қабул барои тақвияти қувваи бисёрҷонибаи PW мебошанд.лазерхо. Муайян карда шудааст, ки вақте ки кристалл DKDP бо нури басомади дукаратаи лазери шишагии ND насос карда мешавад, агар дарозии мавҷи интиқолдиҳандаи импулси пурқувватшуда 910 нм бошад, се шарти аввали васеъшавии Тейлор номутобиқатии вектори мавҷ ба 0 баробар аст.
Расми 1 тарҳбандии схематикии системаи лазерии XCELS мебошад. Дар охири пеш импулсҳои фимтосекундиро бо дарозии марказии мавҷи 910 нм (1.3 дар расми 1) ва импулсҳои наносекундии 1054 нм ба лазери насосии OPCPA воридшуда тавлид карданд (1.1 ва 1.2 дар расми 1). Қисми пеши инчунин ҳамоҳангсозии ин импулсҳо ва инчунин параметрҳои зарурии энергия ва фазои вақтро таъмин мекунад. OPCPA-и мобайнӣ, ки бо суръати баландтари такрор кор мекунад (1 Гц) набзи чиркиро ба даҳҳо ҷоул афзоиш медиҳад (2 дар расми 1). Набз тавассути Booster OPCPA ба як чӯби як килоҷоул тақвият дода мешавад ва ба 12 зершуои якхела тақсим карда мешавад (4 дар расми 1). Дар 12 OPCPA ниҳоӣ, ҳар яке аз 12 импулсҳои нури чир-чир то сатҳи килоҷоул (5 дар расми 1) тақвият дода мешавад ва сипас бо 12 торҳои фишурдашуда фишурда мешавад (GC аз 6 дар расми 1). Филтри дисперсионии барномарезишавандаи акусто-оптикӣ дар охири пеш барои дақиқ назорат кардани дисперси суръати гурӯҳ ва дисперси фармоишии баланд истифода мешавад, то ҳадди имкон паҳнии импулсро ба даст орад. Спектри набз шакли тақрибан супергаусси 12-ум дорад ва фарохмаҷрои спектр дар 1% арзиши максималӣ 150 нм мебошад, ки ба паҳнои набзи маҳдуди табдили Фурье 17 fs мувофиқ аст. Бо дарназардошти ҷуброни дисперси нопурра ва мушкилии ҷуброни фазаҳои ғайрихаттӣ дар пурқувваткунакҳои параметрӣ, паҳнои импулс 20 фс аст.
Дар лазери XCELS ду модули дучандкунии басомади лазерии шишагии 8-канал UFL-2M истифода мешавад (3 дар расми 1), ки аз онҳо 13 канал барои насоси Booster OPCPA ва 12 OPCPA ниҳоӣ истифода мешаванд. Се канали боқимонда ҳамчун килоҷоули мустақили наносония истифода хоҳанд шудманбаъҳои лазерӣбарои дигар таҷрибаҳо. Бо ҳадди шикастани оптикии кристаллҳои DKDP маҳдуд шуда, шиддатнокии шуоъдиҳии импулси насосӣ барои ҳар як канал ба 1,5 ГВт/см2 муқаррар карда мешавад ва давомнокии он 3,5 нс мебошад.
Ҳар як канали лазерии XCELS импулсҳоро бо қудрати 50 PW истеҳсол мекунад. Ҳамагӣ 12 канал иқтидори умумии баромади 600 PW-ро таъмин мекунанд. Дар камераи асосии ҳадаф, шиддатнокии максималии фокускунии ҳар як канал дар шароити беҳтарин 0,44 × 1025 Вт/см2 аст, бо назардошти он, ки унсурҳои фокускунонии F/1 барои фокус истифода мешаванд. Агар набзи ҳар як канал минбаъд бо техникаи пас аз фишурдашавӣ то 2,6 fs фишурда шавад, қувваи мувофиқи импулси баромад ба 230 PW, ки ба шиддатнокии рӯшноии 2,0 × 1025 Вт/см2 мувофиқ аст, зиёд мешавад.
Барои ноил шудан ба шиддатнокии бештари рӯшноӣ, дар баромади 600 PW, импулсҳои рӯшноӣ дар 12 канал ба геометрияи радиатсияи диполҳои баръакс равона карда мешаванд, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Вақте ки марҳилаи импулс дар ҳар як канал баста намешавад, шиддатнокии фокус метавонад ба 9×1025 Вт/см2 мерасад. Агар ҳар як марҳилаи импулс баста ва ҳамоҳанг карда шавад, шиддатнокии нури мувофиқ ба 3,2 × 1026 Вт/см2 зиёд мешавад. Илова ба утоқи асосии ҳадаф, лоиҳаи XCELS то 10 лабораторияи корбарро дар бар мегирад, ки ҳар яки онҳо як ё якчанд чӯбро барои таҷрибаҳо мегиранд. Лоиҳаи XCELS бо истифода аз ин майдони равшании бениҳоят қавӣ нақша дорад, ки дар чаҳор категория таҷрибаҳо анҷом диҳад: равандҳои электродинамикии квантӣ дар майдонҳои лазерии шадид; Истеҳсол ва суръатбахшии зарраҳо; тавлиди радиатсияи дуюмдараҷаи электромагнитӣ; Астрофизикаи лабораторй, процессхои зичии баланди энергия ва тадкикоти диагностикй.
АНҶИР. 2 Тамаркузи геометрия дар палатаи асосии ҳадаф. Барои равшанӣ, оинаи параболии чӯби 6 шаффоф гузошта шудааст ва чӯбҳои даромад ва баромад танҳо ду канали 1 ва 7-ро нишон медиҳанд.
Дар расми 3 тарҳбандии фазоии ҳар як минтақаи функсионалии системаи лазерии XCELS дар бинои таҷрибавӣ нишон дода шудааст. Дар таҳхона қувваи барқ, насосҳои вакуумӣ, коркарди об, тозакунӣ ва кондитсионер ҷойгиранд. Масоҳати умумии сохтмон зиёда аз 24000 метри мураббаъро ташкил медиҳад. Истеъмоли умумии нерӯи барқ тақрибан 7,5 МВт аст. Бинои таҷрибавӣ аз чаҳорчӯбаи дохилии холӣ ва қисмати берунӣ иборат аст, ки ҳар кадоме дар ду таҳкурсии ҷудошуда сохта шудааст. Вакуумӣ ва дигар системаҳои ларзишкунанда дар таҳкурсии аз ларзиш ҷудошуда насб карда мешаванд, то амплитудаи халалдоршавӣ ба системаи лазерӣ тавассути таҳкурсӣ ва такягоҳ то камтар аз 10-10 г2 / Гц дар диапазони басомад кам карда шавад. 1-200 Гц. Гайр аз ин, дар зали лазерй сети маркерхои геодезй барпо карда шудааст, ки барои мунтазам назорат кардани харакати замин ва тачхизот.
Ҳадафи лоиҳаи XCELS эҷоди як муассисаи бузурги тадқиқотии илмӣ дар асоси лазерҳои қудрати хеле баланд мебошад. Як канали системаи лазерии XCELS метавонад шиддатнокии нури мутамарказро якчанд маротиба зиёдтар аз 1024 Вт/см2 таъмин кунад, ки онро бо технологияи пас аз фишурдашавӣ боз 1025 Вт/см2 зиёд кардан мумкин аст. Тавассути импулсҳои мутамаркази диполӣ аз 12 канал дар системаи лазерӣ, шиддатнокии наздик ба 1026 Вт/см2, ҳатто бидуни бастани пас аз фишурда ва фаза ба даст овардан мумкин аст. Агар синхронизатсияи фаза байни каналҳо баста шавад, шиддатнокии рӯшноӣ якчанд маротиба зиёдтар мешавад. Бо истифода аз ин шиддатнокии рекордии набз ва тарҳбандии нурҳои бисёрканалӣ, иншооти ояндаи XCELS метавонад таҷрибаҳоро бо шиддатнокии бениҳоят баланд, тақсимоти мураккаби майдони рӯшноӣ анҷом диҳад ва таъсири мутақобиларо бо истифода аз нурҳои лазерии бисёрканалӣ ва радиатсияи дуввум ташхис кунад. Ин дар соҳаи физикаи таҷрибавии майдони электромагнитии хеле қавӣ нақши беназир хоҳад дошт.
Вақти фиристодан: 26 март-2024