Yn ddiweddar, cyflwynodd Sefydliad Ffiseg Gymhwysol Academi Gwyddorau Rwsia Ganolfan Exawat ar gyfer Astudio Golau Eithafol (XCELS), rhaglen ymchwil ar gyfer dyfeisiau gwyddonol mawr yn seiliedig ar hynodlaserau pŵer uchel. Mae'r prosiect yn cynnwys adeiladu iawnlaser pŵer uchelYn seiliedig ar dechnoleg ymhelaethu pwls wedi'i chirped parametrig optegol mewn crisialau ffosffad potasiwm dideuterium (DKDP, fformiwla gemegol KD2PO4), gyda chyfanswm allbwn disgwyliedig 600 PW Pwe Power Power Power Power. Mae'r gwaith hwn yn darparu manylion pwysig a chanfyddiadau ymchwil am y prosiect XCELS a'i systemau laser, gan ddisgrifio cymwysiadau ac effeithiau posibl sy'n gysylltiedig â rhyngweithiadau maes ysgafn hynod gryf.
Cynigiwyd y rhaglen XCELS yn 2011 gyda'r nod cychwynnol o gyflawni pŵer briglaserAllbwn pwls o 200 PW, sydd ar hyn o bryd yn cael ei uwchraddio i 600 PW. Eilaseryn dibynnu ar dair technoleg allweddol:
(1) Defnyddir technoleg ymhelaethu pwls chirped parametrig optegol (OPCPA) yn lle ymhelaethu pwls chirped traddodiadol (ymhelaethiad pwls chirped, OPCPA). CPA) Technoleg;
(2) defnyddio DKDP fel y cyfrwng ennill, mae paru cyfnod band eang ultra yn cael ei wireddu ger tonfedd 910 nm;
(3) Defnyddir laser gwydr neodymiwm agorfa fawr gydag egni pwls o filoedd o joules i bwmpio mwyhadur parametrig.
Mae paru cyfnod ultra-ledled y band i'w gael yn eang mewn llawer o grisialau ac fe'i defnyddir mewn laserau Femtosecond OPCPA. Defnyddir crisialau DKDP oherwydd mai nhw yw'r unig ddeunydd a geir yn ymarferol y gellir ei dyfu i ddegau o centimetrau 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, mae tri thymor cyntaf ehangiad Taylor o gamgymhariad fector y tonnau yn 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 chorbys nanosecond 1054 nm wedi'u chwistrellu i'r laser pwmpio OPCPA (1.1 ac 1.2 yn Ffigur 1). Mae'r pen blaen hefyd yn sicrhau cydamseru'r corbys hyn yn ogystal â'r paramedrau egni a sbatotemporal gofynnol. Mae OPCPA canolradd sy'n gweithredu ar gyfradd ailadrodd uwch (1 Hz) yn chwyddo'r pwls chirped i ddegau o joules (2 yn Ffigur 1). Mae'r pwls yn cael ei chwyddo ymhellach gan yr Booster OPCPA i mewn i drawst un cilojoule a'i rannu'n 12 is-drawst union yr un fath (4 yn Ffigur 1). Yn y 12 OPCPA olaf, mae pob un o'r 12 corbys golau chirped yn cael eu chwyddo i lefel y cilojoule (5 yn Ffigur 1) ac yna'n cael eu cywasgu gan 12 gratiad cywasgu (GC o 6 yn Ffigur 1). Defnyddir yr hidlydd gwasgariad rhaglenadwy acousto-optig yn y pen blaen i reoli gwasgariad cyflymder grŵp yn union a gwasgariad trefn uchel, er mwyn cael y lled pwls lleiaf posibl. Mae gan y sbectrwm pwls siâp o supergauss bron i 12fed gorchymyn, 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 cyfnod aflinol mewn chwyddseinyddion parametrig, lled y pwls disgwyliedig yw 20 fs.
Bydd y laser XCELS yn cyflogi dau fodiwlau dyblu amledd laser gwydr Neodymiwm 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 pylsiad annibynnol nanosecond kilojouleffynonellau laserar gyfer arbrofion eraill. Wedi'i gyfyngu gan drothwy chwalu 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 phwer o 50 PW. Mae cyfanswm o 12 sianel yn darparu cyfanswm pŵer allbwn o 600 PW. Yn y prif siambr darged, dwyster 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 yw pwls pob sianel yn cael ei gywasgu ymhellach i 2.6 fs trwy dechneg ôl-gywasgu, bydd y pŵer pwls allbwn cyfatebol yn cael ei gynyddu i 230 PW, sy'n cyfateb i ddwyster golau 2.0 × 1025 w/cm2.
Er mwyn sicrhau mwy o ddwyster golau, ar allbwn 600 PW, bydd y corbys golau yn y 12 sianel yn cael eu canolbwyntio yn geometreg ymbelydredd dipole gwrthdro, fel y dangosir yn Ffigur 2. Pan nad yw'r cyfnod pwls ym mhob sianel wedi'i gloi, gall dwyster y ffocws gyrraedd 9 × 1025 w/cm2. Os yw pob cyfnod pwls wedi'i gloi a'i gydamseru, bydd y dwyster golau canlyniadol cydlynol yn cael ei gynyddu i 3.2 × 1026 w/cm2. Yn ogystal â'r brif ystafell darged, mae'r prosiect XCELS yn cynnwys hyd at 10 labordy defnyddwyr, pob un yn derbyn un neu fwy o drawstiau ar gyfer arbrofion. Gan ddefnyddio'r maes ysgafn hynod 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 Canolbwyntio geometreg 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 dwy sianel 1 a 7 yn unig
Mae Ffigur 3 yn dangos cynllun gofodol pob ardal swyddogaethol o system laser XCELS yn yr adeilad arbrofol. Mae trydan, pympiau gwactod, trin dŵr, puro a thymheru wedi'u lleoli yn yr islawr. Mae cyfanswm yr ardal adeiladu yn fwy na 24,000 m2. Mae cyfanswm y defnydd pŵer tua 7.5 MW. Mae'r adeilad arbrofol yn cynnwys ffrâm gyffredinol wag fewnol ac adran allanol, pob un wedi'i hadeiladu ar ddwy sylfaen wedi'i datgysylltu. Mae'r gwactod a systemau ysgogi dirgryniad eraill yn cael eu gosod ar y sylfaen sy'n ynysu dirgryniad, 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 yr ystod amledd o 1-200 Hz. Yn ogystal, mae rhwydwaith o farcwyr cyfeirio geodesig wedi'i sefydlu yn y neuadd laser i fonitro drifft y ddaear a'r offer yn systematig.
Nod Prosiect XCELS yw creu cyfleuster ymchwil wyddonol mawr yn seiliedig ar laserau pŵer brig uchel iawn. Gall un sianel o system laser XCELS ddarparu dwyster 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 ffocysu dipole o 12 sianel yn y system laser, gellir cyflawni dwyster sy'n agos at 1026 w/cm2 hyd yn oed heb gywasgu a chloi cyfnod. Os yw'r cydamseriad cyfnod rhwng sianeli wedi'i gloi, bydd dwyster y golau sawl gwaith yn uwch. Gan ddefnyddio'r dwyster pwls hyn sy'n torri record a chynllun trawst aml-sianel, bydd y cyfleuster XCELS yn y dyfodol yn gallu perfformio arbrofion gyda dwyster uchel iawn, dosraniadau maes golau cymhleth, a diagnosio rhyngweithiadau gan ddefnyddio trawstiau laser aml-sianel ac ymbelydredd eilaidd. Bydd hyn yn chwarae rhan unigryw ym maes ffiseg arbrofol maes electromagnetig uwch-gryf.
Amser Post: Mawrth-26-2024