Recentlyakynda, Russiýa Ylymlar akademiýasynyň amaly fizika instituty, aşa ylmy enjamlar üçin gözleg programmasy bolan “Extreme Light Study eXawatt” merkezini (XCELS) hödürledi.ýokary güýçli lazerler. Taslama gaty köp gurluşygy öz içine alýarýokary güýçli lazerUly aperturaly kaliý dideuterium fosfat (DKDP, himiki formula KD2PO4) kristallarynda optiki parametriki şirpirlenen impuls güýçlendiriş tehnologiýasyna esaslanýar we garaşylýan jemi 600 PW ýokary impulsyň garaşylýar. Bu iş, XCELS taslamasy we lazer ulgamlary barada möhüm jikme-jiklikleri we gözleg netijelerini, aşa güýçli ýagtylyk meýdançasynyň täsiri bilen baglanyşykly amaly goşundylary we bolup biljek täsirleri beýan edýär.
XCELS maksatnamasy iň ýokary güýje ýetmegiň ilkinji maksady bilen 2011-nji ýylda teklip edildilazerhäzirki wagtda 600 PW-a çenli ýokarlandyrylan 200 PW impuls çykyşy. Bulazer ulgamyüç esasy tehnologiýa bil baglaýar:
. CPA) tehnologiýasy;
(2) DKDP-ni girdeji serişdesi hökmünde ulanmak, ultra giň zolakly faza laýyklygy 910 nm tolkun uzynlygynyň golaýynda amala aşyrylýar;
(3) Parametrik güýçlendirijini nasoslamak üçin müňlerçe joul impuls energiýasy bilen uly apertura neodymi aýna lazer ulanylýar.
Ultra giň zolakly faza laýyklygy köp kristallarda giňden duş gelýär we OPCPA femtosekunt lazerlerinde ulanylýar. DKDP kristallary ulanylýar, sebäbi iş ýüzünde onlarça santimetre çenli ulalyp bilinýän we şol bir wagtyň özünde köp PW güýjüniň güýçlendirilmegini goldaýan optiki häsiýetlere eýe bolan ýeke-täk materialdyr.lazerler. DKDP kristalynyň ND aýna lazeriniň goşa ýygylyk çyrasy bilen sorulmagy, güýçlendirilen impulsyň göterijiniň tolkun uzynlygy 910 nm bolsa, tolkun wektorynyň gabat gelmezliginiň Teýlory giňeltmegiň ilkinji üç şertiniň 0 bolandygy ýüze çykaryldy.
1-nji surat, XCELS lazer ulgamynyň shematiki ýerleşişi. Öňki ujy merkezi tolkun uzynlygy 910 nm (1-nji suratda 1,3) we OPCPA nasos lazerine sanjylýan 1054 nm nanosekunt impulslary (1-nji suratda 1,1 we 1,2) emele gelen femtosekond impulslaryny döredýär. Öň tarapy, bu impulslaryň sinhronlaşmagyny, zerur energiýa we spatiotemporal parametrleri üpjün edýär. Has ýokary gaýtalanma tizliginde (1 Hz) işleýän aralyk OPCPA, joşgunly impulsy onlarça jula güýçlendirýär (1-nji surat 2). Impuls Booster OPCPA tarapyndan bir kilojoul şöhlesine hasam güýçlendirilýär we 12 sany birmeňzeş şöhlelere bölünýär (1-nji suratdaky 4). Iň soňky 12 OPCPA-da, 12 sany sesli ýeňil impulsyň her biri kilojoul derejesine çenli güýçlendirilýär (1-nji suratda 5) we soňra 12 gysyş panjarasy bilen gysylýar (1-nji suratdaky GC 6). Akusto-optiki programmirläp bolýan dispersiýa süzgüji, iň pes impuls giňligini almak üçin toparyň tizliginiň dispersiýasyna we ýokary tertipli dispersiýa takyk gözegçilik etmek üçin öň tarapynda ulanylýar. Impuls spektri takmynan 12-nji tertipli supergauss görnüşine eýe bolup, iň ýokary bahanyň 1% -de spektral zolak giňligi 150 nm bolup, 17 fs-iň “Furyer” öwrüliş çäginiň impuls giňligine laýyk gelýär. Dispersiýanyň doly däl kompensasiýasyny we parametriki güýçlendirijilerde çyzykly fazanyň öwezini dolmagyň kynlygyny göz öňünde tutup, garaşylýan impulsyň ini 20 fs.
XCELS lazeri iki sany 8 kanally UFL-2M neodiý aýna lazer ýygylygy iki esse modul ulanar (1-nji suratda 3), şolardan 13 kanal Booster OPCPA we 12 sany soňky OPCPA nasoslamak üçin ulanylar. Galan üç kanal garaşsyz nanosekunt kilojoul impuls hökmünde ulanylarlazer çeşmeleribeýleki synaglar üçin. DKDP kristallarynyň optiki bölüniş çäkleri bilen çäklendirilen, nasos impulsynyň şöhlelenme intensiwligi her kanal üçin 1,5 GW / cm2, dowamlylygy 3,5 ns.
XCELS lazeriniň her kanaly 50 PW güýji bolan impuls öndürýär. Jemi 12 kanal jemi 600 PW çykyş güýjüni üpjün edýär. Esasy maksat kamerasynda, F / 1 fokus elementleriniň ünsi jemlemek üçin ulanylýandygyny göz öňünde tutup, ideal şertlerde her kanalyň iň ýokary fokusirleme intensiwligi 0,44 × 1025 W / cm2. Her kanalyň impulsy gysyşdan soňky tehnika bilen hasam 2,6 fs-e gysylsa, degişli çykýan impuls güýji 2,0 × 1025 W / cm2 ýagtylyk intensiwligine laýyk 230 PW çenli ýokarlanar.
Has uly ýagtylyk intensiwligini gazanmak üçin, 600 PW çykyşda, 12 kanaldaky ýagtylyk impulslary, 2-nji suratda görkezilişi ýaly ters dipol şöhlelenmesiniň geometriýasyna gönükdiriler. Her kanaldaky impuls fazasy gulplanmasa, fokus intensiwligi bolup biler 9 × 1025 W / cm2 ýetiň. Her impuls fazasy gulplanan we sinhronlaşdyrylan bolsa, yzygiderli çykýan ýagtylyk intensiwligi 3,2 × 1026 W / cm2 çenli ýokarlanar. Esasy maksatly otagdan başga-da, XCELS taslamasy 10-a çenli ulanyjy laboratoriýasyny öz içine alýar, her biri synag üçin bir ýa-da birnäçe şöhle alýar. Bu gaty güýçli ýagtylyk meýdanyndan peýdalanyp, XCELS taslamasy dört kategoriýada synag geçirmegi meýilleşdirýär: güýçli lazer meýdanlarynda kwant elektrodinamika prosesleri; Bölejikleriň öndürilmegi we tizlenmegi; Ikinji elektromagnit şöhlelenmesiniň döremegi; Laboratoriýa astrofizikasy, ýokary energiýa dykyzlygy we anyklaýyş gözlegleri.
FIG. 2 Esasy maksat kamerasynda geometriýany jemlemek. Has düşnükli bolmak üçin, 6 şöhläniň parabolik aýnasy aç-açan bolýar we giriş we çykyş şöhleleri diňe 1 we 7 kanallary görkezýär
3-nji suratda synag binasynda XCELS lazer ulgamynyň her bir işleýän ýeriniň giňişlik ýerleşişi görkezilýär. Elektrik, vakuum nasoslary, suwy arassalamak, arassalamak we kondisioner ýerzeminde ýerleşýär. Gurluşygyň umumy meýdany 24,000 m2-den gowrak. Kuwwatyň umumy sarp edilişi takmynan 7,5 MWt. Synag binasy içerki çukur umumy çarçuwadan we daşarky bölekden ybarat bolup, hersi iki sany iki binýadyň üstünde gurlan. Wakuum we beýleki titremäni öjükdiriji ulgamlar titremäniň izolirlenen binýadyna gurlup, ýygylyk diapazonynda lazer ulgamyna iberilýän bidüzgünçiligiň amplitudasy 10-10 g2 / Hz-den pes bolar. 1-200 Hz. Mundan başga-da, ýeriň we enjamlaryň süýşmegine yzygiderli gözegçilik etmek üçin lazer zalynda geodeziki salgylanmalar ulgamy döredilýär.
XCELS taslamasy, aşa ýokary güýçli lazerlere esaslanýan uly ylmy gözleg desgasyny döretmegi maksat edinýär. XCELS lazer ulgamynyň bir kanaly, ýagtylygyň intensiwligini 1024 W / cm2-den birnäçe esse ýokary üpjün edip biler, bu gysyşdan soňky tehnologiýa bilen 1025 W / cm2-den ýokary bolup biler. Lazer ulgamyndaky 12 kanaldan dipola gönükdirilen impulslar bilen, gysyşdan we faza gulplanmazdan hem 1026 W / cm2 ýakyn intensiwlige ýetip bolýar. Kanallaryň arasyndaky faza sinhronizasiýasy gulplanan bolsa, ýagtylygyň intensiwligi birnäçe esse ýokary bolar. Bu rekord goýýan impuls intensiwligini we köp kanally şöhleleriň ýerleşişini ulanyp, geljekki XCELS desgasy aşa ýokary intensiwlik, çylşyrymly ýagtylyk paýlanyşy we köp kanally lazer şöhleleri we ikinji derejeli radiasiýa arkaly özara täsirleri anyklap biler. Bu, aşa güýçli elektromagnit meýdan eksperimental fizikasy ulgamynda özboluşly rol oýnar.
Iş wagty: 26-njy mart-2024-nji ýyl