Bag-ohay lang, gipaila sa Institute of Applied Physics sa Russian Academy of Sciences ang eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), usa ka programa sa panukiduki alang sa dagkong mga siyentipikong aparato nga gibase sa hilabihan kamga laser nga taas og gahumAng proyekto naglakip sa pagtukod sa usa kataas nga gahum nga lasergibase sa optical parametric chirped pulse amplification technology sa large aperture potassium dideuterium phosphate (DKDP, chemical formula KD2PO4) crystals, nga adunay gilaumang total output nga 600 PW peak power pulses. Kini nga trabaho naghatag ug importanteng mga detalye ug mga nakaplagan sa panukiduki bahin sa proyekto sa XCELS ug sa mga laser system niini, nga naghulagway sa mga aplikasyon ug potensyal nga mga epekto nga may kalabotan sa ultra-strong light field interactions.
Ang programa sa XCELS gisugyot niadtong 2011 nga adunay inisyal nga tumong nga makab-ot ang usa ka peak powerlaserpulse output nga 200 PW, nga karon gi-upgrade ngadto sa 600 PW. Angsistema sa lasernagsalig sa tulo ka importanteng teknolohiya:
(1) Ang teknolohiya sa Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) gigamit imbes sa tradisyonal nga Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) nga teknolohiya;
(2) Gamit ang DKDP isip gain medium, ang ultra wideband phase matching mahitabo duol sa 910 nm wavelength;
(3) Usa ka dako nga aperture nga neodymium glass laser nga adunay pulse energy nga liboan ka joules ang gigamit sa pagbomba sa usa ka parametric amplifier.
Ang ultra-wideband phase matching kay kaylap nga makita sa daghang mga kristal ug gigamit sa mga OPCPA femtosecond laser. Ang mga kristal sa DKDP gigamit tungod kay kini ra ang materyal nga makita sa praktis nga mahimong mapadako hangtod sa napulo ka sentimetro nga aperture ug sa samang higayon adunay madawat nga mga kalidad sa optika aron suportahan ang pagpadako sa multi-PW nga gahum.mga laserNakaplagan nga kon ang kristal sa DKDP gibomba sa double frequency nga kahayag sa ND glass laser, kon ang carrier wavelength sa gipadako nga pulse kay 910 nm, ang unang tulo ka termino sa Taylor expansion sa wave vector mismatch kay 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-inject sa OPCPA pumped laser (1.1 ug 1.2 sa Figure 1). Ang front end nagsiguro usab sa synchronization niining mga pulses ingon man sa gikinahanglan nga enerhiya ug spatiotemporal parameters. Ang intermediate OPCPA nga naglihok sa mas taas nga repetition rate (1 Hz) nagpadako sa chirped pulse ngadto sa napulo ka joules (2 sa Figure 1). Ang pulse dugang nga gipadako sa Booster OPCPA ngadto sa usa ka single kilojoule beam ug gibahin ngadto sa 12 ka managsama nga sub-beams (4 sa Figure 1). Sa katapusang 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 ka compression gratings (GC nga 6 sa Figure 1). Ang acousto-optic programmable dispersion filter gigamit sa atubangan aron tukma nga makontrol ang group velocity dispersion ug high order dispersion, aron makuha ang pinakagamay nga posible nga pulse width. Ang pulse spectrum adunay porma nga hapit ika-12 nga order supergauss, ug ang spectral bandwidth sa 1% sa maximum nga kantidad kay 150 nm, nga katumbas sa Fourier transform limit pulse width nga 17 fs. Kung gikonsiderar ang dili kompleto nga dispersion compensation ug ang kalisud sa nonlinear phase compensation sa parametric amplifiers, ang gilauman nga pulse width kay 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 channels ang gamiton sa pagbomba sa Booster OPCPA ug 12 ka final OPCPA. Ang nahibiling tulo ka channels gamiton isip independent nanosecond kilojoule pulsed.mga tinubdan sa laserpara sa ubang mga eksperimento. Limitado sa optical breakdown threshold sa mga kristal sa DKDP, ang intensity sa irradiation sa pumped pulse gitakda sa 1.5 GW/cm2 para sa matag channel ug ang gidugayon kay 3.5 ns.
Ang matag channel sa XCELS laser nagpatunghag mga pulso nga adunay gahum nga 50 PW. Ang total nga 12 ka mga channel naghatag ug kinatibuk-ang output power nga 600 PW. Sa main target chamber, ang maximum focusing intensity sa matag channel ubos sa ideal nga mga kondisyon kay 0.44×1025 W/cm2, kon ang F/1 focusing elements gigamit para sa focusing. Kon ang pulso sa matag channel dugang nga i-compress ngadto 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 taas nga intensidad sa kahayag, sa 600 PW nga output, ang mga pulso sa kahayag sa 12 ka mga kanal ipunting sa geometry sa inverse dipole radiation, sama sa gipakita sa Figure 2. Kung ang pulse phase sa matag kanal dili naka-lock, ang intensidad sa focus mahimong moabot sa 9×1025 W/cm2. Kung ang matag pulse phase naka-lock ug naka-synchronize, ang coherent nga resultant light intensity madugangan ngadto sa 3.2×1026 W/cm2. Gawas pa sa main target room, ang proyekto sa XCELS naglakip sa hangtod sa 10 ka mga laboratoryo sa tiggamit, ang matag usa makadawat og usa o daghan pang mga silaw alang sa mga eksperimento. Gamit kini nga kusog kaayo nga light field, ang proyekto sa XCELS nagplano nga maghimo og mga eksperimento sa upat ka mga kategorya: mga proseso sa quantum electrodynamics sa grabe nga mga laser field; Ang paghimo ug pagpadali sa mga partikulo; Ang pagmugna sa sekondaryang electromagnetic radiation; Mga astrophysics sa laboratoryo, mga proseso sa taas nga densidad sa enerhiya ug panukiduki sa diagnostic.
FIG. 2 Geometry sa pag-focus sa main target chamber. Para sa katin-awan, ang parabolic mirror sa beam 6 gibutang sa transparent, ug ang input ug output beams nagpakita lang og duha ka channel 1 ug 7.
Ang Figure 3 nagpakita sa spatial layout sa matag functional area sa XCELS laser system sa experimental building. Ang kuryente, vacuum pumps, water treatment, purification ug air conditioning nahimutang sa basement. Ang kinatibuk-ang construction area kay sobra sa 24,000 m2. Ang kinatibuk-ang konsumo sa kuryente kay mga 7.5 MW. Ang experimental building gilangkoban sa internal hollow overall frame ug external section, nga ang matag usa gitukod sa duha ka decoupled foundations. Ang vacuum ug uban pang vibration-inducing systems gi-install sa vibration-isolated foundation, aron ang amplitude sa disturbance nga gipasa sa laser system pinaagi sa foundation ug support mokunhod ngadto sa ubos sa 10-10 g2/Hz sa frequency range nga 1-200 Hz. Dugang pa, usa ka network sa geodesic reference markers ang gibutang sa laser hall aron sistematikong mamonitor ang drift sa yuta ug kagamitan.
Ang proyekto sa XCELS nagtumong sa paghimo og usa ka dako nga pasilidad sa panukiduki sa siyensya nga gibase sa mga laser nga adunay taas kaayo nga peak power. Ang usa ka channel sa XCELS laser system mahimong makahatag og focused light intensity nga pipila ka pilo nga mas taas kaysa 1024 W/cm2, nga mahimong malabwan pa og 1025 W/cm2 gamit ang post-compression technology. Pinaagi sa dipole-focusing pulses gikan sa 12 ka channel sa laser system, makab-ot ang intensity nga duol sa 1026 W/cm2 bisan kung walay post-compression ug phase locking. Kung ang phase synchronization tali sa mga channel ma-lock, ang intensity sa kahayag mahimong pipila ka pilo nga mas taas. Gamit kini nga mga record-breaking pulse intensities ug ang multi-channel beam layout, ang umaabot nga pasilidad sa XCELS makahimo og mga eksperimento nga adunay taas kaayo nga intensity, komplikado nga light field distributions, ug maka-diagnose sa mga interaksyon gamit ang multi-channel laser beams ug secondary radiation. Kini adunay talagsaon nga papel sa natad sa super-strong electromagnetic field experimental physics.
Oras sa pag-post: Mar-26-2024