Recent, Institutul de Fizică Aplicată a Academiei Ruse de Științe a introdus Centrul EXAWATT pentru Studiu Extreme Light (XCELS), un program de cercetare pentru mari dispozitive științifice bazate pe extrem deLasere de mare putere. Proiectul include construcția unui foarteLaser de mare puterePe baza tehnologiei optice de amplificare a pulsului parametric chirped în fosfat de potasiu de potasiu de potasiu mare (DKDP, cristale de formulă chimică KD2PO4), cu o producție totală preconizată de 600 PW impulsuri de vârf de vârf. Această lucrare oferă detalii importante și constatări de cercetare despre proiectul XCELS și sistemele sale laser, care descriu aplicațiile și impacturile potențiale legate de interacțiunile de câmp luminos ultra-puternic.
Programul XCELS a fost propus în 2011 cu scopul inițial de a obține o putere maximălaserIeșirea pulsului de 200 PW, care este actualizată în prezent la 600 PW. SaleSistem laserse bazează pe trei tehnologii cheie:
) CPA) tehnologie;
(2) folosind DKDP ca mediu de câștig, potrivirea fazelor ultra cu bandă largă este realizată aproape de 910 nm lungime de undă;
(3) Un laser de sticlă cu deschidere mare Neodymium cu o energie de puls de mii de joule este utilizat pentru a pompa un amplificator parametric.
Potrivirea fazelor ultra-largă se găsește pe scară largă în multe cristale și este utilizată în laserele OpCPA femtosecunde. Cristalele DKDP sunt utilizate pentru că sunt singurul material găsit în practică care poate fi cultivat la zeci de centimetri de deschidere și, în același timp, au calități optice acceptabile pentru a sprijini amplificarea puterii multi-PWlasere. S -a constatat că atunci când cristalul DKDP este pompat de lumina dublă de frecvență a laserului de sticlă ND, dacă lungimea de undă a purtătorului a impulsului amplificat este de 910 nm, primii trei termeni ai expansiunii Taylor a nepotrivirii vectorului de undă sunt 0.
Figura 1 este un aspect schematic al sistemului laser XCELS. Capătul frontal a generat impulsuri femtosecunde chirped cu o lungime de undă centrală de 910 nm (1,3 în figura 1) și 1054 nm pulsuri nanosecunde injectate în laserul pompat OPCPA (1,1 și 1,2 în figura 1). De asemenea, partea frontală asigură sincronizarea acestor impulsuri, precum și energia necesară și parametrii spatiotemporali. Un OPCPA intermediar care funcționează la o rată de repetare mai mare (1 Hz) amplifică pulsul ciupit la zeci de joule (2 din figura 1). Pulsul este amplificat în continuare de OPCPA de rapel într-un singur fascicul de kilojoule și împărțit în 12 sub-fascicule identice (4 din figura 1). În ultimele 12 OPCPA, fiecare dintre cele 12 impulsuri de lumină ciupite este amplificată la nivelul kilojoule (5 din figura 1) și apoi comprimat cu 12 grătare de compresie (GC din 6 din figura 1). Filtrul de dispersie programabilă acusto-optică este utilizat în partea frontală pentru a controla exact dispersia vitezei grupului și dispersia de înaltă ordine, astfel încât să se obțină cea mai mică lățime posibilă a pulsului. Spectrul pulsului are o formă de aproape a 12-a Supergauss de ordinul 12, iar lățimea de bandă spectrală la 1% din valoarea maximă este de 150 nm, corespunzând lățimii de puls de transformare a transformării Fourier de 17 fs. Având în vedere compensarea incompletă a dispersiei și dificultatea compensării fazei neliniare în amplificatoarele parametrice, lățimea preconizată a pulsului este de 20 fs.
Laserul XCELS va folosi două module de dublare a frecvenței laserului cu laser UFL-2M cu 8 canale (3 din figura 1), dintre care 13 canale vor fi utilizate pentru a pompa OPCPA rapel și 12 OPCPA final. Restul de trei canale vor fi utilizate ca nanosecundă independentă pulsată de nanosecundăSurse laserpentru alte experimente. Limitat de pragul de defecțiune optică a cristalelor DKDP, intensitatea de iradiere a pulsului pompat este setată la 1,5 GW/cm2 pentru fiecare canal, iar durata este de 3,5 ns.
Fiecare canal al laserului Xcels produce impulsuri cu o putere de 50 pw. Un total de 12 canale oferă o putere totală de ieșire de 600 PW. În camera țintă principală, intensitatea maximă de focalizare a fiecărui canal în condiții ideale este de 0,44 × 1025 W/cm2, presupunând că elementele de focalizare F/1 sunt utilizate pentru focalizare. Dacă pulsul fiecărui canal este comprimat în continuare la 2,6 FS prin tehnica post-compresie, puterea de puls de ieșire corespunzătoare va fi crescută la 230 PW, corespunzând intensității luminii de 2,0 × 1025 W/cm2.
Pentru a obține o intensitate mai mare a luminii, la o ieșire de 600 PW, impulsurile de lumină din cele 12 canale vor fi concentrate în geometria radiațiilor dipolice inverse, așa cum se arată în figura 2. Când faza de puls din fiecare canal nu este blocată, intensitatea focalizării poate atinge 9 × 1025 W/cm2. Dacă fiecare fază de puls este blocată și sincronizată, intensitatea coerentă a luminii rezultate va fi crescută la 3,2 × 1026 W/cm2. În plus față de principala cameră țintă, proiectul XCELS include până la 10 laboratoare de utilizatori, fiecare primind una sau mai multe fascicule pentru experimente. Folosind acest câmp de lumină extrem de puternic, proiectul XCELS intenționează să efectueze experimente în patru categorii: procese de electrodinamică cuantică în câmpuri cu laser intens; Producerea și accelerarea particulelor; Generarea de radiații electromagnetice secundare; Astrofizica de laborator, procesele de densitate energetică ridicată și cercetarea diagnostică.
SMOCHIN. 2 Focalizarea geometriei în camera țintă principală. Pentru claritate, oglinda parabolică a fasciculului 6 este setată transparentă, iar fascicule de intrare și ieșire arată doar două canale 1 și 7
Figura 3 prezintă aspectul spațial al fiecărei zone funcționale a sistemului laser XCELS în clădirea experimentală. Electricitatea, pompele de vid, tratarea apei, purificarea și aerul condiționat sunt localizate în subsol. Suprafața totală de construcție este mai mare de 24.000 m2. Consumul total de energie este de aproximativ 7,5 MW. Clădirea experimentală este formată dintr -un cadru general intern gol și o secțiune externă, fiecare construită pe două fundații decuplate. Vidul și alte sisteme care induc vibrații sunt instalate pe fundația izolată cu vibrații, astfel încât amplitudinea perturbării transmise către sistemul laser prin fundație și suport să fie redus la mai puțin de 10-10 g2/hz în intervalul de frecvență de 1-200 Hz. În plus, în sala de laser este înființată o rețea de markeri de referință geodezică pentru a monitoriza sistematic derivă a solului și a echipamentelor.
Proiectul XCELS își propune să creeze o mare instalație de cercetare științifică bazată pe lasere de vârf extrem de ridicate. Un canal al sistemului laser XCELS poate oferi o intensitate a luminii focalizate de mai multe ori mai mare de 1024 W/CM2, care poate fi depășită în continuare de 1025 W/CM2 cu tehnologie post-compresie. Prin impulsuri care se concentrează pe dipol de la 12 canale în sistemul laser, se poate obține o intensitate apropiată de 1026 W/CM2 chiar și fără post-compresie și blocare a fazelor. Dacă sincronizarea fazelor între canale este blocată, intensitatea luminii va fi de mai multe ori mai mare. Folosind aceste intensități de impulsuri înregistrate și aspectul fasciculului cu mai multe canale, viitoarea instalație XCELS va putea efectua experimente cu distribuții de câmp de lumină complexe de intensitate extrem de ridicată și diagnosticați interacțiuni folosind fascicule laser cu mai multe canale și radiații secundare. Acest lucru va juca un rol unic în domeniul fizicii experimentale de câmp electromagnetic super-puternic.
Timpul post: 26-2024 martie