Bag-ohay lang, ang Institute of Applied Physics sa Russian Academy of Sciences nagpaila sa eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), usa ka programa sa panukiduki alang sa dagkong siyentipikong mga himan base sa hilabihantaas nga gahum sa mga laser. Ang proyekto naglakip sa pagtukod sa usa ka kaayotaas nga gahum sa laserbase sa optical parametric chirped pulse amplification nga teknolohiya sa dako nga aperture potassium dideuterium phosphate (DKDP, kemikal nga pormula KD2PO4) nga mga kristal, nga adunay gipaabot nga kinatibuk-ang output nga 600 PW peak power pulses. Naghatag kini nga trabaho og importante nga mga detalye ug mga resulta sa panukiduki bahin sa proyekto sa XCELS ug ang mga sistema sa laser niini, nga naghulagway sa mga aplikasyon ug potensyal nga mga epekto nga may kalabutan sa ultra-strong light field interactions.
Ang programa sa XCELS gisugyot niadtong 2011 uban ang inisyal nga tumong sa pagkab-ot sa kinatas-ang gahumlaserpulso output sa 200 PW, nga karon upgrade ngadto sa 600 PW. Anglaser nga sistemanagsalig sa tulo ka yawe nga teknolohiya:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) nga teknolohiya gigamit imbes sa tradisyonal nga Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) nga teknolohiya;
(2) Gamit ang DKDP isip medium nga ganansya, ang ultra wideband phase matching matuman duol sa 910 nm wavelength;
(3) Ang usa ka dako nga aperture neodymium glass laser nga adunay kusog nga pulso nga liboan ka mga joules gigamit sa pagbomba sa usa ka parametric amplifier.
Ang ultra-wideband phase matching kaylap nga makita sa daghang mga kristal ug gigamit sa OPCPA femtosecond lasers. Ang mga kristal sa DKDP gigamit tungod kay kini lamang ang materyal nga makita sa praktis nga mahimong motubo ngadto sa napulo ka sentimetro sa aperture ug sa samang higayon adunay madawat nga optical nga mga kalidad aron suportahan ang pagpadako sa multi-PW nga gahummga laser. Nakaplagan nga sa diha nga ang DKDP nga kristal gibomba sa double frequency nga kahayag sa ND glass laser, kung ang carrier wavelength sa amplified pulse mao ang 910 nm, ang unang tulo ka termino sa Taylor expansion sa wave vector mismatch mao ang 0.
Ang Figure 1 usa ka eskematiko nga layout sa XCELS laser system. Ang front end nakamugna og chirped femtosecond pulses nga adunay central wavelength nga 910 nm (1.3 sa Figure 1) ug 1054 nm nanosecond pulses nga gi-injected ngadto sa OPCPA pumped laser (1.1 ug 1.2 sa Figure 1). Gisiguro usab sa atubangan nga tumoy ang pag-synchronize sa kini nga mga pulso ingon man ang gikinahanglan nga mga parameter sa enerhiya ug spatiotemporal. Ang intermediate nga OPCPA nga naglihok sa mas taas nga rate sa pagbalik-balik (1 Hz) nagpadako sa chirped pulse ngadto sa napulo ka mga joules (2 sa Figure 1). Ang pulso dugang nga gipadako sa Booster OPCPA ngadto sa usa ka kilojoule beam ug gibahin ngadto sa 12 ka managsama nga mga sub-beam (4 sa Figure 1). Sa kataposang 12 ka OPCPA, ang matag usa sa 12 ka chirped light pulses gipadako ngadto sa kilojoule level (5 sa Figure 1) ug dayon gi-compress sa 12 compression gratings (GC sa 6 sa Figure 1). Ang acousto-optic programmable dispersion filter gigamit sa front end aron tukma nga makontrol ang velocity dispersion sa grupo ug high order dispersion, aron makuha ang pinakagamay nga posible nga gilapdon sa pulso. Ang pulse spectrum adunay porma sa hapit 12th-order supergauss, ug ang spectral bandwidth sa 1% sa maximum nga kantidad mao ang 150 nm, katumbas sa Fourier transform limit pulse width nga 17 fs. Gikonsiderar ang dili kompleto nga kompensasyon sa pagkatibulaag ug ang kalisud sa nonlinear phase compensation sa parametric amplifier, ang gipaabot nga gilapdon sa pulso mao ang 20 fs.
Ang XCELS laser mogamit ug duha ka 8-channel UFL-2M neodymium glass laser frequency doubling modules (3 sa Figure 1), diin 13 ka channel ang gamiton sa pagbomba sa Booster OPCPA ug 12 ka katapusang OPCPA. Ang nahabilin nga tulo ka mga kanal gamiton isip independente nga nanosecond kilojoule pulsedmga tinubdan sa laseralang sa ubang mga eksperimento. Limitado sa optical breakdown threshold sa DKDP crystals, ang irradiation intensity sa pumped pulse gitakda sa 1.5 GW/cm2 alang sa matag channel ug ang gidugayon mao ang 3.5 ns.
Ang matag channel sa XCELS laser nagpatunghag mga pulso nga adunay gahum nga 50 PW. Usa ka kinatibuk-an nga 12 nga mga kanal naghatag usa ka kinatibuk-ang gahum sa output nga 600 PW. Sa nag-unang target nga lawak, ang pinakataas nga pagtutok sa intensity sa matag channel ubos sa sulundon nga mga kondisyon mao ang 0.44 × 1025 W / cm2, nga nagtuo nga ang mga elemento sa pag-focus sa F / 1 gigamit alang sa pag-focus. Kung ang pulso sa matag channel dugang nga gi-compress sa 2.6 fs pinaagi sa post-compression technique, ang katugbang nga output pulse power madugangan ngadto sa 230 PW, nga katumbas sa light intensity nga 2.0 × 1025 W / cm2.
Aron makab-ot ang mas dako nga kahayag nga intensity, sa 600 PW output, ang kahayag pulses sa 12 channels ipunting sa geometry sa inverse dipole radiation, sama sa gipakita sa Figure 2. Kung ang pulse phase sa matag channel dili ma-lock, ang focus intensity mahimo abot 9×1025 W/cm2. Kung ang matag hugna sa pulso ma-lock ug ma-synchronize, ang managsama nga sangputanan nga intensity sa kahayag madugangan sa 3.2 × 1026 W / cm2. Dugang sa panguna nga target nga kwarto, ang proyekto sa XCELS naglakip sa hangtod sa 10 nga mga laboratoryo sa tiggamit, ang matag usa makadawat usa o daghang mga sagbayan alang sa mga eksperimento. Gamit kining hilabihan ka lig-on nga kahayag nga natad, ang XCELS nga proyekto nagplano sa paghimo sa mga eksperimento sa upat ka mga kategoriya: quantum electrodynamics nga mga proseso sa grabe nga mga laser field; Ang paghimo ug pagpadali sa mga partikulo; Ang kaliwatan sa secondary electromagnetic radiation; Laboratory astrophysics, taas nga enerhiya density nga proseso ug diagnostic research.
FIG. 2 Pag-focus sa geometry sa main target chamber. Alang sa katin-aw, ang parabolic nga salamin sa beam 6 gibutang sa transparent, ug ang input ug output beam nagpakita lamang sa duha ka channel 1 ug 7
Gipakita sa Figure 3 ang spatial layout sa matag functional area sa XCELS laser system sa experimental building. Ang elektrisidad, vacuum pump, water treatment, purification ug air conditioning nahimutang sa basement. Ang kinatibuk-ang dapit sa pagtukod labaw pa sa 24,000 m2. Ang kinatibuk-ang konsumo sa kuryente mga 7.5 MW. Ang eksperimento nga bilding naglangkob sa usa ka internal nga guwang nga kinatibuk-ang bayanan ug usa ka eksternal nga seksyon, ang matag usa gitukod sa duha nga gibuak nga mga pundasyon. Ang vacuum ug uban pang mga vibration-inducing system gi-install sa vibration-isolate nga pundasyon, aron ang amplitude sa disturbance nga gipasa ngadto sa laser system pinaagi sa pundasyon ug suporta gipakunhod ngadto sa ubos sa 10-10 g2/Hz sa frequency range sa 1-200 Hz. Dugang pa, usa ka network sa mga geodesic reference marker ang gipahimutang sa laser hall aron sistematikong pagmonitor sa pag-anod sa yuta ug kagamitan.
Ang proyekto sa XCELS nagtumong sa paghimo sa usa ka dako nga pasilidad sa panukiduki sa siyensya base sa labi ka taas nga peak power laser. Ang usa ka channel sa XCELS laser system mahimong maghatag ug focus nga light intensity sa makadaghang higayon nga mas taas kay sa 1024 W/cm2, nga mas labaw pa sa 1025 W/cm2 sa post-compression nga teknolohiya. Pinaagi sa dipole-focusing pulses gikan sa 12 ka channel sa laser system, ang usa ka intensity duol sa 1026 W/cm2 mahimong makab-ot bisan walay post-compression ug phase locking. Kung ang pag-synchronize sa hugna tali sa mga kanal ma-lock, ang intensity sa kahayag mahimong daghang beses nga mas taas. Gamit kini nga mga record-breaking pulse intensities ug ang multi-channel beam layout, ang umaabot nga XCELS nga pasilidad makahimo sa paghimo sa mga eksperimento nga adunay hilabihan ka taas nga intensity, komplikado nga light field distributions, ug pag-diagnose sa mga interaksyon gamit ang multi-channel laser beams ug secondary radiation. Kini adunay usa ka talagsaon nga papel sa natad sa super-strong electromagnetic field experimental physics.
Oras sa pag-post: Mar-26-2024