Күптән түгел Россия Фәннәр академиясенең Гамәли физика институты eXawatt Extreme Light Studies Center (XCELS) программасын тәкъдим итте, ул экстремаль яктылыкка нигезләнгән зур фәнни җайланмалар өчен тикшеренү программасы.югары куәтле лазерларПроект бик күп төзелешне үз эченә ала.югары куәтле лазерЗур диафрагмалы калий дидейтерий фосфаты (DKDP, KD2PO4 химик формуласы) кристалларында оптик параметрик чиртеп импульс көчәйтү технологиясенә нигезләнгән, гомуми чыгышы 600 PW пик көч импульсы тәшкил итәчәк дип көтелә. Бу эш XCELS проекты һәм аның лазер системалары турында мөһим мәгълүматлар һәм тикшеренү нәтиҗәләрен бирә, ультра көчле яктылык кыры үзара бәйләнешләре белән бәйле кушымталарны һәм потенциаль йогынтыларны тасвирлый.
XCELS программасы 2011 елда тәкъдим ителгән иде, башлангыч максат - иң югары куәткә ирешү.лазерИмпульс чыгышы 200 ПВт, ул хәзерге вакытта 600 ПВт кадәр яңартылган. Аныңлазер системасыөч төп технологиягә таяна:
(1) Традицион Чиркәү Импульс Көчәйткеч (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) технологиясе урынына оптик параметрик Чиркәү Импульс Көчәйткеч (OPCPA) технологиясе кулланыла;
(2) DKDP көчәйтү мохите буларак кулланылганда, 910 нм дулкын озынлыгы янында ультра киң полосалы фаза туры килү гамәлгә ашырыла;
(3) Параметрик көчәйткечне насослау өчен меңләгән джоуль импульс энергиясенә ия зур диафрагмалы неодим пыяла лазер кулланыла.
Ультракиң полосалы фаза туры килүе күп кристалларда киң таралган һәм OPCPA фемтосекунд лазерларында кулланыла. DKDP кристаллары кулланыла, чөнки алар практикада дистәләгән сантиметр диафрагмага кадәр үстерелә торган һәм шул ук вакытта күп PW көчне көчәйтү өчен кабул ителә торган оптик сыйфатларга ия булган бердәнбер материал.лазерларDKDP кристалы ND пыяла лазерының икеләтә ешлыклы яктылык белән эшкәртелгәндә, көчәйтелгән импульсның йөртүче дулкын озынлыгы 910 нм булса, дулкын векторы туры килмәүчәнлегенең Тейлор киңәюенең беренче өч әгъзасы 0гә тигез булуы ачыкланган.
1 нче рәсемдә XCELS лазер системасының схемасы күрсәтелгән. Алгы оч үзәк дулкын озынлыгы 910 нм (1 нче рәсемдә 1,3) булган чирпланган фемтосекунд импульсларын һәм OPCPA насосланган лазерына кертелгән 1054 нм наносекунд импульсларын (1 нче рәсемдә 1,1 һәм 1,2) барлыкка китергән. Алгы оч шулай ук бу импульсларның синхронлашуын, шулай ук кирәкле энергия һәм киңлек-вакыт параметрларын тәэмин итә. Югарырак кабатлау тизлегендә (1 Гц) эшләүче арадаш OPCPA чирпланган импульсны дистәләгән джоульга кадәр көчәйтә (1 нче рәсемдә 2). Импульс Booster OPCPA тарафыннан бер килоджоуль нурына көчәйтелә һәм 12 бер үк суб-нурларга бүленә (1 нче рәсемдә 4). Соңгы 12 OPCPAда 12 чирпланган яктылык импульсының һәрберсе килоджоуль дәрәҗәсенә кадәр көчәйтелә (1 нче рәсемдә 5) һәм аннары 12 компрессия рәшәткәсе белән кысыла (1 нче рәсемдә 6 GC). Акустик-оптик программалаштырыла торган дисперсия фильтры алгы өлештә төркем тизлеге дисперсиясен һәм югары тәртип дисперсиясен төгәл контрольдә тоту өчен кулланыла, шуның белән иң кечкенә импульс киңлеген алу өчен. Импульс спектры якынча 12 нче тәртипле супергаусс формасына ия, һәм максималь кыйммәтнең 1% ындагы спектраль полоса киңлеге 150 нм тәшкил итә, бу Фурье трансформациясе чик импульсы киңлегенең 17 фс га туры килә. Тулы булмаган дисперсия компенсациясен һәм параметрик көчәйткечләрдә сызыклы булмаган фаза компенсациясенең кыенлыгын исәпкә алганда, көтелгән импульс киңлеге 20 фс тәшкил итә.
XCELS лазерында ике 8 каналлы UFL-2M неодим пыяла лазерының ешлык икеләтә арттыру модуле (1 нче рәсемдә 3) кулланылачак, шуларның 13е Booster OPCPA һәм 12се соңгы OPCPAны насослау өчен кулланылачак. Калган өч канал бәйсез наносекундлы импульслы килоджоуль буларак кулланылачак.лазер чыганакларыбашка экспериментлар өчен. DKDP кристалларының оптик җимерелү бусагасы белән чикләнгән, помпировкаланган импульсның нурландыру интенсивлыгы һәр канал өчен 1,5 ГВт/см2 итеп билгеләнә һәм озынлыгы 3,5 нс тәшкил итә.
XCELS лазерының һәр каналы 50 ПВт куәтле импульслар җитештерә. Барлыгы 12 канал 600 ПВт гомуми чыгару куәтен тәэмин итә. Төп максат камерасында, идеаль шартларда һәр каналның максималь фокуслау интенсивлыгы 0,44 × 1025 Вт/см2 тәшкил итә, фокуслау өчен F/1 фокуслау элементлары кулланылган дип фаразласак. Әгәр һәр каналның импульсы посткомпрессия ысулы белән 2,6 фс кадәр кысылса, тиешле чыгу импульсы көче 230 ПВт кадәр артырылачак, бу 2,0 × 1025 Вт/см2 яктылык интенсивлыгына туры килә.
Яктылык интенсивлыгын арттыру өчен, 600 PW чыгышында, 12 каналдагы яктылык импульслары, 2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, кире диполь нурланышы геометриясендә фокусланачак. Һәр каналдагы импульс фазасы блокланмаганда, фокус интенсивлыгы 9 × 1025 Вт/см2 га җитәргә мөмкин. Әгәр һәр импульс фазасы блокланса һәм синхронлаштырылса, нәтиҗәдә барлыкка килгән когерент яктылык интенсивлыгы 3,2 × 1026 Вт/см2 га кадәр артачак. Төп максат бүлмәсеннән тыш, XCELS проекты 10 га кадәр кулланучы лабораториясен үз эченә ала, аларның һәрберсе экспериментлар өчен бер яки берничә нур кабул итә. Бу бик көчле яктылык кырын кулланып, XCELS проекты дүрт категориядә экспериментлар үткәрергә планлаштыра: интенсив лазер кырларында квант электродинамика процесслары; Кисәкчәләрне җитештерү һәм тизләнеш; Икенчел электромагнит нурланыш генерациясе; Лаборатория астрофизикасы, югары энергия тыгызлыгы процесслары һәм диагностик тикшеренүләр.
2 нче РӘСЕМ. Төп максатлы камерада фокуслау геометриясе. Ачыклык өчен, 6 нчы нурның параболик көзгесе үтә күренмәле итеп куелган, ә керү һәм чыгу нурлары бары тик ике каналны гына күрсәтә: 1 һәм 7.
3 нче рәсемдә эксперименталь бинадагы XCELS лазер системасының һәр функциональ өлкәсенең киңлек урнашуы күрсәтелгән. Электр энергиясе, вакуум насослары, суны чистарту, чистарту һәм һава кондиционерлау подвалда урнашкан. Төзелешнең гомуми мәйданы 24 000 м2 тан артык. Гомуми энергия куллану күләме якынча 7,5 МВт. Эксперименталь бина эчке куыш гомуми каркастан һәм тышкы өлештән тора, һәрберсе ике аерылган нигезгә корылган. Вакуум һәм башка тибрәнү китереп чыгаручы системалар тибрәнүдән изоляцияләнгән нигезгә урнаштырылган, шуңа күрә нигез һәм терәк аша лазер системасына тапшырылган бозылу амплитудасы 1-200 Гц ешлык диапазонында 10-10 г2/Гц тан кимрәккә кадәр кими. Моннан тыш, җирнең һәм җиһазларның хәрәкәтен системалы рәвештә күзәтү өчен лазер залында геодезик белешмәлек маркерлары челтәре урнаштырылган.
XCELS проекты бик югары пик көч лазерларына нигезләнгән зур фәнни тикшеренү корылмасы булдыруны максат итеп куя. XCELS лазер системасының бер каналы 1024 Вт/см2 дан берничә тапкыр югарырак фокусланган яктылык интенсивлыгын тәэмин итә ала, бу күрсәткечне посткомпрессия технологиясе белән 1025 Вт/см2 га арттырып була. Лазер системасындагы 12 каналдан диполь-фокуслау импульслары ярдәмендә, посткомпрессия һәм фаза блоклануы булмаганда да, 1026 Вт/см2 га якын интенсивлыкка ирешергә мөмкин. Әгәр каналлар арасындагы фаза синхронизациясе блокланса, яктылык интенсивлыгы берничә тапкыр югарырак булачак. Бу рекордлы импульс интенсивлыгын һәм күп каналлы нур схемасын кулланып, булачак XCELS корылмасы бик югары интенсивлык, катлаулы яктылык кыры бүленеше белән экспериментлар үткәрә һәм күп каналлы лазер нурлары һәм икенчел нурланыш кулланып үзара бәйләнешләрне диагностикалый алачак. Бу бик көчле электромагнит кыр эксперименталь физикасы өлкәсендә уникаль роль уйнаячак.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 26 марты