เมื่อเร็ว ๆ นี้สถาบันฟิสิกส์ประยุกต์ของ Russian Academy of Sciences ได้แนะนำ Exawatt Center for Extreme Light Studiเลเซอร์พลังงานสูง- โครงการรวมถึงการก่อสร้างของมากเลเซอร์พลังงานสูงขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการขยายพัลส์พารามิเตอร์พารามิเตอร์แบบออพติคอลในโพแทสเซียม dideuterium phosphate (DKDP, สูตรเคมี KD2PO4) ผลึกโดยมีผลผลิตทั้งหมด 600 PW POAK PULSES งานนี้ให้รายละเอียดที่สำคัญและผลการวิจัยเกี่ยวกับโครงการ XCELS และระบบเลเซอร์อธิบายแอพพลิเคชั่นและผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแสงที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ
โปรแกรม XCELS ได้รับการเสนอในปี 2011 โดยมีเป้าหมายเริ่มต้นในการบรรลุพลังสูงสุดเลเซอร์เอาต์พุตพัลส์ 200 pw ซึ่งปัจจุบันได้รับการอัพเกรดเป็น 600 pw ของมันระบบเลเซอร์อาศัยเทคโนโลยีสำคัญสามประการ:
(1) เทคโนโลยีการขยายพัลส์พารามิเตอร์พารามิเตอร์แบบออพติคอล (OPCPA) ใช้แทนการขยายพัลส์แบบดั้งเดิม (การขยายพัลส์พัลส์, OPCPA) CPA) เทคโนโลยี;
(2) การใช้ DKDP เป็นตัวกลางที่ได้รับ
(3) เลเซอร์แก้วนีโอไดเมียมรูรับแสงขนาดใหญ่ที่มีพลังงานชีพจรของจูลหลายพันตัวใช้ในการปั๊มแอมพลิฟายเออร์พารามิเตอร์
การจับคู่เฟสแบบกว้างเป็นพิเศษพบได้อย่างกว้างขวางในผลึกจำนวนมากและใช้ในเลเซอร์ OPCPA femtosecond คริสตัล DKDP ถูกนำมาใช้เพราะเป็นวัสดุเดียวที่พบในทางปฏิบัติที่สามารถปลูกได้ถึงสิบเซนติเมตรของรูรับแสงและในเวลาเดียวกันมีคุณสมบัติทางแสงที่ยอมรับได้เพื่อรองรับการขยายพลังงานหลาย PWเลเซอร์- พบว่าเมื่อคริสตัล DKDP ถูกสูบด้วยแสงความถี่สองเท่าของเลเซอร์แก้ว ND หากความยาวคลื่นของพาหะของพัลส์ขยายคือ 910 นาโนเมตรสามคำแรกของการขยายตัวของเทย์เลอร์ของเวกเตอร์คลื่นไม่ตรงกันคือ 0
รูปที่ 1 เป็นรูปแบบแผนผังของระบบเลเซอร์ XCELS ปลายด้านหน้าสร้างพัลส์ femtosecond chirped ที่มีความยาวคลื่นกลาง 910 nm (1.3 ในรูปที่ 1) และ 1054 nm nanosecond พัลส์ที่ฉีดเข้าไปในเลเซอร์ที่ปั๊ม OPCPA (1.1 และ 1.2 ในรูปที่ 1) ส่วนหน้ายังช่วยให้มั่นใจได้ถึงการซิงโครไนซ์ของพัลส์เหล่านี้รวมถึงพลังงานที่ต้องการและพารามิเตอร์ spatiotemporal OPCPA ระดับกลางที่ดำเนินการในอัตราการทำซ้ำที่สูงขึ้น (1 Hz) ขยายพัลส์ร้องเจี๊ยก ๆ ให้เป็นสิบจูล (2 ในรูปที่ 1) พัลส์จะถูกขยายเพิ่มเติมโดย booster opcpa เป็นลำแสงกิโลกรัมเดี่ยวและแบ่งออกเป็น 12 คานย่อยที่เหมือนกัน (4 ในรูปที่ 1) ใน 12 OPCPA สุดท้ายของพัลส์แสงเจี๊ยก ๆ 12 ตัวแต่ละตัวจะถูกขยายให้อยู่ในระดับกิโลจูล (5 ในรูปที่ 1) จากนั้นบีบอัดด้วยการบีบอัด 12 ข้อ (GC ของ 6 ในรูปที่ 1) ตัวกรองการกระจายตัวของ ACOUSTO-OPTIC สามารถใช้งานได้ในส่วนหน้าเพื่อการกระจายความเร็วของกลุ่มควบคุมอย่างแม่นยำและการกระจายตัวของลำดับสูงเพื่อให้ได้ความกว้างของพัลส์ที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ สเปกตรัมชีพจรมีรูปร่างของ supergauss เกือบ 12 ลำดับและแบนด์วิดท์สเปกตรัมที่ 1% ของค่าสูงสุดคือ 150 นาโนเมตรซึ่งสอดคล้องกับความกว้างของพัลส์ จำกัด การแปลงฟูริเยร์ที่ 17 Fs เมื่อพิจารณาถึงการชดเชยการกระจายตัวที่ไม่สมบูรณ์และความยากลำบากในการชดเชยเฟสไม่เชิงเส้นในแอมพลิฟายเออร์พารามิเตอร์ความกว้างของพัลส์ที่คาดหวังคือ 20 Fs
เลเซอร์ XCELS จะใช้ความถี่เลเซอร์ Neodymium Glass 8 ช่องสองช่องสองอัน (3 ในรูปที่ 1) ซึ่งจะใช้ 13 ช่องในการปั๊ม Booster OPCPA และ OPCPA สุดท้าย 12 ช่อง ส่วนที่เหลืออีกสามช่องจะถูกใช้เป็นนาโนวินาทีที่เป็นอิสระ kilojoule pulsedแหล่งกำเนิดเลเซอร์สำหรับการทดลองอื่น ๆ จำกัด โดยเกณฑ์การสลายแบบออปติคัลของผลึก DKDP ความเข้มการฉายรังสีของพัลส์ที่สูบถูกตั้งไว้ที่ 1.5 GW/cm2 สำหรับแต่ละช่องและระยะเวลาคือ 3.5 ns
แต่ละช่องของเลเซอร์ XCELS สร้างพัลส์ด้วยพลัง 50 pw ทั้งหมด 12 ช่องให้กำลังเอาต์พุตทั้งหมด 600 pw ในห้องเป้าหมายหลักความเข้มการโฟกัสสูงสุดของแต่ละช่องสัญญาณภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติคือ 0.44 × 1025 W/cm2 โดยสมมติว่าองค์ประกอบการโฟกัส F/1 ใช้สำหรับการโฟกัส หากพัลส์ของแต่ละช่องถูกบีบอัดเป็น 2.6 Fs ด้วยเทคนิคหลังการบีบอัดพลังงานพัลส์เอาท์พุทที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้นเป็น 230 PW ซึ่งสอดคล้องกับความเข้มของแสง 2.0 × 1025 W/cm2
เพื่อให้ได้ความเข้มของแสงที่มากขึ้นที่เอาต์พุต 600 PW พัลส์แสงใน 12 ช่องจะถูกโฟกัสในรูปทรงเรขาคณิตของรังสีไดโพลผกผันดังแสดงในรูปที่ 2 เมื่อเฟสพัลส์ในแต่ละช่องไม่ถูกล็อคความเข้มโฟกัสสามารถเข้าถึง 9 × 1025 w/cm2 หากแต่ละเฟสพัลส์ถูกล็อคและซิงโครไนซ์ความเข้มของแสงที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้นเป็น 3.2 × 1026 W/cm2 นอกเหนือจากห้องเป้าหมายหลักแล้วโครงการ XCELS ยังมีห้องปฏิบัติการผู้ใช้สูงสุด 10 ห้องแต่ละห้องได้รับคานหนึ่งหรือมากกว่าสำหรับการทดลอง การใช้สนามแสงที่แข็งแกร่งมากนี้โครงการ XCELS วางแผนที่จะทำการทดลองในสี่ประเภท: กระบวนการไฟฟ้าควอนตัมในสนามเลเซอร์ที่เข้มข้น การผลิตและการเร่งความเร็วของอนุภาค การสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารอง ฟิสิกส์ห้องปฏิบัติการกระบวนการความหนาแน่นพลังงานสูงและการวิจัยการวินิจฉัย
มะเดื่อ. 2 การโฟกัสเรขาคณิตในห้องเป้าหมายหลัก เพื่อความชัดเจนกระจกพาราโบลาของ Beam 6 ถูกตั้งค่าเป็นโปร่งใสและลำแสงอินพุตและเอาต์พุตแสดงเพียงสองช่อง 1 และ 7
รูปที่ 3 แสดงรูปแบบเชิงพื้นที่ของแต่ละพื้นที่การทำงานของระบบเลเซอร์ XCELS ในอาคารทดลอง ไฟฟ้าปั๊มสูญญากาศการบำบัดน้ำการทำให้บริสุทธิ์และเครื่องปรับอากาศตั้งอยู่ในห้องใต้ดิน พื้นที่ก่อสร้างทั้งหมดมากกว่า 24,000 m2 การใช้พลังงานทั้งหมดประมาณ 7.5 เมกะวัตต์ อาคารทดลองประกอบด้วยกรอบโดยรวมของโพรงภายในและส่วนภายนอกแต่ละอันสร้างขึ้นบนฐานรากสองฐาน ระบบสูญญากาศและระบบการสั่นสะเทือนอื่น ๆ ได้รับการติดตั้งบนฐานรากการสั่นสะเทือนเพื่อให้แอมพลิจูดของการรบกวนที่ส่งไปยังระบบเลเซอร์ผ่านรากฐานและการสนับสนุนจะลดลงเหลือน้อยกว่า 10-10 g2/Hz ในช่วงความถี่ 1-200 Hz นอกจากนี้เครือข่ายของเครื่องหมายอ้างอิง geodesic ถูกตั้งค่าในห้องโถงเลเซอร์เพื่อตรวจสอบการล่องลอยของพื้นดินและอุปกรณ์อย่างเป็นระบบ
โครงการ XCELS มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างศูนย์วิจัยทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่โดยใช้เลเซอร์พลังงานสูงสุดสูงมาก หนึ่งช่องทางของระบบเลเซอร์ XCELS อาจให้ความเข้มแสงที่โฟกัสสูงกว่า 1024 W/cm2 ซึ่งเกินกว่า 1025 W/cm2 ด้วยเทคโนโลยีหลังการบีบอัด ด้วยพัลส์โฟกัสแบบไดโพลจาก 12 ช่องในระบบเลเซอร์ความเข้มใกล้เคียงกับ 1026 W/cm2 สามารถทำได้แม้จะไม่มีการบีบอัดหลังการบีบอัดและการล็อคเฟส หากการซิงโครไนซ์เฟสระหว่างช่องถูกล็อคความเข้มแสงจะสูงขึ้นหลายเท่า การใช้ความเข้มของพัลส์ที่ทำลายสถิติเหล่านี้และรูปแบบลำแสงหลายช่องทางสิ่งอำนวยความสะดวก XCELS ในอนาคตจะสามารถทำการทดลองด้วยความเข้มสูงมากการกระจายแสงที่ซับซ้อนและวินิจฉัยการโต้ตอบโดยใช้ลำแสงเลเซอร์หลายช่องทางและรังสีรอง สิ่งนี้จะมีบทบาทพิเศษในสาขาฟิสิกส์การทดลองสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งสูง
เวลาโพสต์: Mar-26-2024