Ýakynda Russiýanyň Ylymlar akademiýasynyň amaly fizika instituty örän uly ylmy enjamlar üçin ylmy-barlag maksatnamasy bolan eXawatt Ekstremal Yşyk Öwrenmek Merkezini (XCELS) tanyşdyrdy.ýokary kuwwatly lazerlerTaslama örän uly gurluşyk işlerini öz içine alýar.ýokary kuwwatly lazeruly diafragmaly kaliý dideýteriý fosfat (DKDP, himiki formula KD2PO4) kristallarynda optiki parametrik çyrpylan impuls güýçlendirme tehnologiýasyna esaslanýar, umumy önümçiligi 600 PW iň ýokary güýç impulsy bolmagyna garaşylýar. Bu iş XCELS taslamasy we onuň lazer ulgamlary barada möhüm jikme-jiklikleri we ylmy netijelerini hödürleýär, ultra güýçli ýagtylyk meýdanynyň özara täsirleri bilen baglanyşykly ulanylyşlary we mümkin bolan täsirleri beýan edýär.
XCELS maksatnamasy 2011-nji ýylda iň ýokary güýje ýetmek maksady bilen teklip edildi.lazer200 PW impuls çykyşy, häzirki wagtda 600 PW-a çenli ýokarlandyryldy. Onuňlazer ulgamyüç esasy tehnologiýa daýanýar:
(1) Adaty Çirped Pulse Güýçlendirme (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) tehnologiýasynyň ýerine Optiki Parametrik Çirped Pulse Güýçlendirme (OPCPA) tehnologiýasy ulanylýar;
(2) DKDP güýçlendirme serişdesi hökmünde ulanylyp, 910 nm tolkun uzynlygyna golaý ultra giň zolakly faza deňleşdirmesi amala aşyrylýar;
(3) Parametrik güýçlendirijini pompalamak üçin müňlerçe joul impuls energiýasy bolan uly aperturaly neodim aýna lazer ulanylýar.
Ultra giň zolakly faza deňleşdirmesi köp kristallarda giňden duş gelýär we OPCPA femtosekund lazerlerinde ulanylýar. DKDP kristallary ulanylýar, sebäbi olar tejribede onlarça santimetr diafragma çenli ösdürilip bilinýän we şol bir wagtyň özünde köp PW kuwwatynyň güýçlendirilmegini goldamak üçin kabul ederlikli optiki häsiýetlere eýe bolan ýeke-täk materialdyr.lazerlerDKDP kristaly ND aýna lazeriniň goşa ýygylykly şöhlesi bilen pompalananda, güýçlendirilen impulsyň daşaýjy tolkun uzynlygy 910 nm bolsa, tolkun wektorynyň deňsizliginiň Teýlor giňelmeginiň ilkinji üç şertiniň 0 bolýandygy anyklandy.
1-nji surat XCELS lazer ulgamynyň shematiki düzülişidir. Öň tarap merkezi tolkun uzynlygy 910 nm (1-nji suratda 1.3) we OPCPA pompalanan lazere (1-nji suratda 1.1 we 1.2) inýeksiýa edilen 1054 nm nanosekund impulslary döredýän çirpilen femtosekund impulslaryny döretdi. Öň tarap bu impulslaryň, şeýle hem zerur energiýa we giňişlik-wagt parametrleriniň sinhronlaşdyrylmagyny üpjün edýär. Ýokary gaýtalanma tizliginde (1 Hz) işleýän aralyk OPCPA çirpilen impulsy onlarça joula çenli güýçlendirýär (1-nji suratda 2). Impuls güýçlendiriji OPCPA tarapyndan bir kilojoul şöhlesine has-da güýçlendirilýär we 12 sany birmeňzeş kiçi şöhlelere bölünýär (1-nji suratda 4). Soňky 12 OPCPA-da 12 çirpilen ýagtylyk impulsynyň her biri kilojoul derejesine çenli güýçlendirilýär (1-nji suratda 5) we soňra 12 sany gysyş torlary bilen gysylýar (1-nji suratda 6 sany GC). Akustooptik programmalanýan dispersiýa süzgüji, iň kiçi mümkin bolan impuls giňligini almak üçin, toparyň tizlik dispersiýasyny we ýokary tertipli dispersiýany takyk dolandyrmak üçin öň tarapda ulanylýar. Impuls spektri tas 12-nji tertipli supergauss görnüşine eýedir we maksimum gymmatyň 1% -inde spektral geçirijilik giňligi 150 nm-dir, bu bolsa Furýe özgertme çäginiň impuls giňliginiň 17 fs-e deňdir. Doly däl dispersiýa kompensasiýasyny we parametrik güýçlendirijilerde çyzykly däl faza kompensasiýasynyň kynçylygyny göz öňünde tutup, garaşylýan impuls giňligi 20 fs-dir.
XCELS lazerinde iki sany 8 kanally UFL-2M neodim aýna lazeriniň ýygylyk iki esse artdyryjy modullary (1-nji suratda 3) ulanylar, olaryň 13 kanaly Booster OPCPA-ny we 12 kanaly soňky OPCPA-ny pompalamak üçin ulanylar. Galan üç kanal garaşsyz nanosekundly kilojoul impulsly hökmünde ulanylar.lazer çeşmeleribeýleki tejribeler üçin. DKDP kristallarynyň optiki döwülme bosagasy bilen çäklendirilen, pompalanan impulsyň şöhlelenme intensiwligi her kanal üçin 1,5 GW/sm2 hökmünde kesgitlenýär we dowamlylygy 3,5 ns.
XCELS lazeriniň her bir kanaly 50 PW kuwwaty bolan impulslary öndürýär. Jemi 12 kanal 600 PW umumy çykyş kuwwatyny üpjün edýär. Esasy nyşana kamerasynda, ideal şertlerde her bir kanalyň iň ýokary fokuslama intensiwligi 0,44 × 1025 W/sm2, fokuslamak üçin F/1 fokuslama elementleriniň ulanylýandygyny göz öňünde tutup. Her bir kanalyň impulsy kompressiýadan soňky tehnika arkaly 2,6 fs-e çenli has-da gysylanda, degişli çykyş impulsynyň güýji 230 PW-a çenli ýokarlandyrylar, bu bolsa 2,0 × 1025 W/sm2 ýagtylyk intensiwligine laýyk gelýär.
600 PW çykyşynda has ýokary ýagtylyk intensiwligine ýetmek üçin, 12 kanaldaky ýagtylyk impulslary 2-nji suratda görkezilişi ýaly, ters dipol şöhlelenmesiniň geometriýasynda fokuslanar. Her kanaldaky impuls fazasy gulplanmasa, fokus intensiwligi 9 × 1025 W/sm2-e ýetip biler. Her impuls fazasy gulplanmasa we sinhronlaşdyrylsa, netijede emele gelen kogerent ýagtylyk intensiwligi 3,2 × 1026 W/sm2-e çenli ýokarlanar. Esasy maksatly otagdan başga-da, XCELS taslamasyna 10-a çenli ulanyjy laboratoriýalary girýär, olaryň her biri tejribe üçin bir ýa-da birnäçe şöhleleri kabul edýär. Bu örän güýçli ýagtylyk meýdanyny ulanyp, XCELS taslamasy tejribeleri dört kategoriýada geçirmegi meýilleşdirýär: intensiw lazer meýdanlarynda kwantum elektrodinamika prosesleri; Bölejikleriň öndürilmegi we tizlenmegi; Ikinji derejeli elektromagnit şöhlelenmesiniň döremegi; Laboratoriýa astrofizikasy, ýokary energiýa dykyzlygy prosesleri we diagnostika barlaglary.
SURAT 2 Esasy nyşana kamerasynda fokuslaýyş geometriýasy. Aýdyňlyk üçin, 6-njy şöhleniň parabolik aýnasy açyk görnüşde goýuldy we giriş we çykyş şöhleleri diňe iki kanal 1 we 7 görkezýär.
3-nji suratda eksperimental binadaky XCELS lazer ulgamynyň her bir funksional meýdanynyň giňişlik gurluşy görkezilýär. Elektrik energiýasy, wakuum nasoslary, suwy arassalamak, arassalamak we howany kondisionerlemek ulgamlary ýerzeminde ýerleşýär. Gurluşygyň umumy meýdany 24,000 m2-den gowrak. Umumy energiýa sarp edilişi takmynan 7,5 MWt. Eksperimental bina içki boş umumy çarçuwadan we daşarky bölekden ybarat bolup, her biri iki aýrylan esasda gurlan. Wakuum we beýleki titreme döredýän ulgamlar titreme izolýasiýa edilen esasda gurnalýar, şonuň üçin esas we daýanç arkaly lazer ulgamyna geçirilýän päsgelçilikleriň amplitudasy 1-200 Gts ýygylyk diapazonynda 10-10 g2/Hz-den az azaldylýar. Mundan başga-da, ýeriň we enjamlaryň süýşmegini yzygiderli gözegçilikde saklamak üçin lazer zalynda geodezik görkezijileriň ulgamy gurnalýar.
XCELS taslamasy örän ýokary kuwwatly lazerlere esaslanýan uly ylmy barlag desgasyny döretmegi maksat edinýär. XCELS lazer ulgamynyň bir kanaly 1024 W/sm2-den birnäçe esse ýokary fokuslanan ýagtylyk intensiwligini üpjün edip biler, bu bolsa kompressiýadan soňky tehnologiýa bilen 1025 W/sm2-den has ýokary bolup biler. Lazer ulgamyndaky 12 kanaldan dipol fokuslanan impulslar arkaly kompressiýadan soňky we faza gulplanmasyz hem 1026 W/sm2-e golaý intensiwlige ýetip bolýar. Eger kanallaryň arasyndaky faza sinhronizasiýa gulplansa, ýagtylyk intensiwligi birnäçe esse ýokary bolar. Bu rekord derejeli impuls intensiwliklerini we köp kanally şöhle gurluşyny ulanyp, geljekki XCELS desgasy örän ýokary intensiwlikli, çylşyrymly ýagtylyk meýdanynyň paýlanyşy bilen tejribe geçirip we köp kanally lazer şöhlelerini we ikinji derejeli şöhlelenmeleri ulanyp özara täsirleri anyklap biler. Bu örän güýçli elektromagnit meýdan eksperimental fizikasy ulgamynda özboluşly rol oýnar.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 26-njy marty