Yn ddiweddar, cyflwynodd Sefydliad Ffiseg Gymhwysol Academi Gwyddorau Rwsia y Ganolfan eXawatt ar gyfer Astudio Ysgafn Eithafol (XCELS), rhaglen ymchwil ar gyfer dyfeisiau gwyddonol mawr yn seiliedig ar hynod olaserau pŵer uchel. Mae'r prosiect yn cynnwys adeiladu iawnlaser pŵer uchelyn seiliedig ar dechnoleg ymhelaethu pwls chirped parametrig optegol mewn agorfa fawr potasiwm dideuterium ffosffad (DKDP, fformiwla gemegol KD2PO4) crisialau, gyda chyfanswm allbwn disgwyliedig o 600 PW corbys pŵer brig. Mae'r gwaith hwn yn darparu manylion pwysig a chanfyddiadau ymchwil am brosiect XCELS a'i systemau laser, gan ddisgrifio cymwysiadau ac effeithiau posibl sy'n gysylltiedig â rhyngweithiadau maes golau cryf iawn.
Cynigiwyd rhaglen XCELS yn 2011 gyda'r nod cychwynnol o gyflawni pŵer briglaserallbwn pwls o 200 PW, sydd ar hyn o bryd wedi'i uwchraddio i 600 PW. Eisystem laseryn dibynnu ar dair technoleg allweddol:
(1) Defnyddir technoleg Ymhelaethiad Curiad Curiad Chirped Parametrig Optegol (OPCPA) yn lle Ymhelaethiad Curiad Curiad Chirped traddodiadol (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) technoleg;
(2) Gan ddefnyddio DKDP fel y cyfrwng ennill, gwireddir paru cam band eang iawn ger tonfedd 910 nm;
(3) Defnyddir laser gwydr neodymium agorfa fawr gydag egni pwls o filoedd o joules i bwmpio mwyhadur parametrig.
Mae paru cam band eang iawn i'w gael yn eang mewn llawer o grisialau ac fe'i defnyddir mewn laserau femtosecond OPCPA. Defnyddir crisialau DKDP oherwydd dyma'r unig ddeunydd a geir yn ymarferol y gellir ei dyfu i ddegau o gentimetrau o agorfa ac ar yr un pryd mae ganddynt rinweddau optegol derbyniol i gefnogi ymhelaethu pŵer aml-PWlaserau. Canfyddir, pan fydd y grisial DKDP yn cael ei bwmpio gan olau amledd dwbl y laser gwydr ND, os yw tonfedd cludwr y pwls chwyddedig yn 910 nm, tri thymor cyntaf ehangu Taylor o ddiffyg cyfatebiaeth fector tonnau yw 0.
Mae Ffigur 1 yn gynllun sgematig o system laser XCELS. Cynhyrchodd y pen blaen gorbys femtosecond chirped gyda thonfedd ganolog o 910 nm (1.3 yn Ffigur 1) a 1054 nm corbys nanosecond 1054 nm chwistrellu i'r laser pwmpio OPCPA (1.1 a 1.2 yn Ffigur 1). Mae'r pen blaen hefyd yn sicrhau cydamseriad o'r corbys hyn yn ogystal â'r paramedrau egni a spatiotemporal gofynnol. Mae OPCPA canolradd sy'n gweithredu ar gyfradd ailadrodd uwch (1 Hz) yn chwyddo'r curiad crychlyd i ddegau o joules (2 yn Ffigur 1). Mae'r pwls yn cael ei chwyddo ymhellach gan y Booster OPCPA i mewn i belydr un cilojoule a'i rannu'n 12 is-belydryn union yr un fath (4 yn Ffigur 1). Yn y 12 OPCPA olaf, mae pob un o'r 12 corbys golau chirped yn cael ei chwyddo i'r lefel cilojoule (5 yn Ffigur 1) ac yna'n cael ei gywasgu gan 12 gratin cywasgu (GC o 6 yn Ffigur 1). Defnyddir yr hidlydd gwasgariad rhaglenadwy acwsto-optig yn y pen blaen i reoli gwasgariad cyflymder grŵp a gwasgariad uchel yn union, er mwyn cael y lled pwls lleiaf posibl. Mae gan y sbectrwm pwls siâp o bron i 12fed gorchymyn supergauss, a'r lled band sbectrol ar 1% o'r gwerth uchaf yw 150 nm, sy'n cyfateb i led pwls terfyn trawsnewid Fourier o 17 fs. O ystyried yr iawndal gwasgariad anghyflawn ac anhawster iawndal cam aflinol mewn mwyhaduron parametrig, lled pwls disgwyliedig yw 20 fs.
Bydd y laser XCELS yn defnyddio dau fodiwl dyblu amledd laser gwydr neodymium UFL-2M 8-sianel (3 yn Ffigur 1), a bydd 13 sianel yn cael eu defnyddio i bwmpio'r Booster OPCPA a 12 OPCPA terfynol. Bydd y tair sianel sy'n weddill yn cael eu defnyddio fel nanosecond kilojoule annibynnol pulsedffynonellau laserar gyfer arbrofion eraill. Wedi'i gyfyngu gan drothwy dadansoddiad optegol y crisialau DKDP, mae dwyster arbelydru'r pwls wedi'i bwmpio wedi'i osod i 1.5 GW/cm2 ar gyfer pob sianel a'r hyd yw 3.5 ns.
Mae pob sianel o'r laser XCELS yn cynhyrchu corbys gyda phŵer o 50 PW. Mae cyfanswm o 12 sianel yn darparu cyfanswm pŵer allbwn o 600 PW. Yn y brif siambr darged, dwysedd canolbwyntio uchaf pob sianel o dan amodau delfrydol yw 0.44 × 1025 W / cm2, gan dybio bod elfennau ffocws F / 1 yn cael eu defnyddio ar gyfer canolbwyntio. Os caiff pwls pob sianel ei gywasgu ymhellach i 2.6 fs trwy dechneg ôl-gywasgu, cynyddir y pŵer pwls allbwn cyfatebol i 230 PW, sy'n cyfateb i ddwysedd golau 2.0 × 1025 W / cm2.
Er mwyn cyflawni mwy o ddwysedd golau, ar allbwn 600 PW, bydd y corbys golau yn y 12 sianel yn canolbwyntio ar geometreg ymbelydredd deupol gwrthdro, fel y dangosir yn Ffigur 2. Pan nad yw'r cyfnod pwls ym mhob sianel wedi'i gloi, gall y dwysedd ffocws cyrraedd 9 × 1025 W/cm2. Os caiff pob cam pwls ei gloi a'i gydamseru, cynyddir y dwyster golau cydlynol i 3.2 × 1026 W / cm2. Yn ogystal â'r brif ystafell darged, mae prosiect XCELS yn cynnwys hyd at 10 o labordai defnyddwyr, pob un yn derbyn un neu fwy o drawstiau ar gyfer arbrofion. Gan ddefnyddio'r maes golau hynod o gryf hwn, mae prosiect XCELS yn bwriadu cynnal arbrofion mewn pedwar categori: prosesau electrodynameg cwantwm mewn meysydd laser dwys; Cynhyrchu a chyflymu gronynnau; Cynhyrchu ymbelydredd electromagnetig eilaidd; Astroffiseg labordy, prosesau dwysedd ynni uchel ac ymchwil diagnostig.
FFIG. 2 Geometreg ffocysu yn y brif siambr darged. Er eglurder, mae drych parabolig trawst 6 wedi'i osod i dryloyw, ac mae'r trawstiau mewnbwn ac allbwn yn dangos dim ond dwy sianel 1 a 7
Mae Ffigur 3 yn dangos cynllun gofodol pob maes swyddogaethol o system laser XCELS yn yr adeilad arbrofol. Mae trydan, pympiau gwactod, trin dŵr, puro a chyflyru aer wedi'u lleoli yn yr islawr. Mae cyfanswm yr ardal adeiladu yn fwy na 24,000 m2. Cyfanswm y defnydd pŵer yw tua 7.5 MW. Mae'r adeilad arbrofol yn cynnwys ffrâm gyffredinol wag fewnol ac adran allanol, pob un wedi'i hadeiladu ar ddau sylfaen datgysylltu. Mae'r systemau gwactod a systemau eraill sy'n achosi dirgryniad yn cael eu gosod ar y sylfaen wedi'i ynysu gan ddirgryniad, fel bod osgled yr aflonyddwch a drosglwyddir i'r system laser trwy'r sylfaen a'r gefnogaeth yn cael ei leihau i lai na 10-10 g2 / Hz yn ystod amlder y 1-200 Hz. Yn ogystal, sefydlir rhwydwaith o farcwyr cyfeirio geodesig yn y neuadd laser i fonitro drifft y ddaear a'r offer yn systematig.
Nod prosiect XCELS yw creu cyfleuster ymchwil gwyddonol mawr yn seiliedig ar laserau pŵer brig hynod o uchel. Gall un sianel o system laser XCELS ddarparu dwysedd golau â ffocws sawl gwaith yn uwch na 1024 W / cm2, y gellir ei ragori ymhellach gan 1025 W / cm2 gyda thechnoleg ôl-gywasgu. Trwy gorbys sy'n canolbwyntio ar deupol o 12 sianel yn y system laser, gellir cyflawni dwyster sy'n agos at 1026 W/cm2 hyd yn oed heb ôl-gywasgu a chloi cam. Os yw'r cydamseriad cam rhwng sianeli wedi'i gloi, bydd y dwysedd golau sawl gwaith yn uwch. Gan ddefnyddio’r dwyster pwls arloesol hyn a’r cynllun trawst aml-sianel, bydd cyfleuster XCELS yn y dyfodol yn gallu cynnal arbrofion gyda dosbarthiadau maes golau cymhleth hynod o ddwys, a gwneud diagnosis o ryngweithiadau gan ddefnyddio trawstiau laser aml-sianel ac ymbelydredd eilaidd. Bydd hyn yn chwarae rhan unigryw ym maes ffiseg arbrofol maes electromagnetig hynod gryf.
Amser post: Maw-26-2024