Duela gutxi, Errusiako Zientzien Akademiako Fisika Aplikatuaren Institutuak eXawatt Argi Muturrekoen Azterketarako Zentroa (XCELS) aurkeztu zuen, argi muturrekoetan oinarritutako gailu zientifiko handietarako ikerketa programa bat.potentzia handiko laserrakProiektuak oso baten eraikuntza barne hartzen dupotentzia handiko laserraPotasio dideuterio fosfato (DKDP, KD2PO4 formula kimikoa) kristal handiko kristaletan oinarritutako pultsu parametriko optikoen anplifikazio-teknologian oinarrituta, 600 PW-ko potentzia-pultsu maximoko irteera espero denarekin. Lan honek XCELS proiektuari eta bere laser sistemei buruzko xehetasun eta ikerketa-emaitza garrantzitsuak eskaintzen ditu, argi-eremu ultra-indartsuen interakzioekin lotutako aplikazioak eta eragin potentzialak deskribatuz.
XCELS programa 2011n proposatu zen, hasierako helburuarekin potentzia maximoa lortzealaserra200 PW-ko pultsu-irteera, gaur egun 600 PW-ra igo dena. Berelaser sistemahiru teknologia nagusitan oinarritzen da:
(1) Pultsu Anplifikazio Parametriko Optikoa (OPCPA) erabiltzen da Pultsu Anplifikazio Tradizionalaren (CPA) ordez.
(2) DKDP irabazi-euskarri gisa erabiliz, ultra-banda zabaleko fase-egokitzapena 910 nm-ko uhin-luzeraren inguruan lortzen da;
(3) Milaka jouleko pultsu-energia duen neodimio beirazko laser bat erabiltzen da anplifikadore parametriko bat ponpatzeko.
Ultra-banda zabaleko fase-egokitzapena kristal askotan aurkitzen da eta OPCPA femtosegundoko laserretan erabiltzen da. DKDP kristalak erabiltzen dira, praktikan aurkitzen den material bakarra direlako, hamarnaka zentimetroko irekidurara haz daitekeena eta, aldi berean, PW anitzeko potentziaren anplifikazioa onartzeko ezaugarri optiko onargarriak dituelako.laserrak. Ikusi da DKDP kristala ND beirazko laserraren maiztasun bikoitzeko argiak ponpatzen duenean, anplifikatutako pultsuaren eramaile-uhin-luzera 910 nm bada, uhin-bektorearen desadostasunaren Taylorren hedapenaren lehen hiru terminoak 0 direla.
1. irudia XCELS laser sistemaren eskema bat da. Aurrealdeak 910 nm-ko uhin-luzera zentralarekin femtosegundoko pultsu txirpatuak sortu zituen (1.3 1. irudian) eta 1054 nm-ko nanosegundoko pultsuak OPCPA ponpatutako laserrera injektatuak (1.1 eta 1.2 1. irudian). Aurrealdeak pultsu hauen sinkronizazioa ere bermatzen du, baita beharrezko energia eta parametro espazio-tenporalak ere. Errepikapen-tasa handiagoan (1 Hz) funtzionatzen duen tarteko OPCPA batek txirpatutako pultsua hamarnaka jouletara anplifikatzen du (2 1. irudian). Booster OPCPAk pultsua kilojoule-izpi bakarrean anplifikatzen du eta 12 azpi-izpi berdinetan banatzen da (4 1. irudian). Azken 12 OPCPAetan, txirpatutako 12 argi-pultsu bakoitza kilojoule-mailara anplifikatzen da (5 1. irudian) eta ondoren 12 konpresio-sareta bidez konprimitzen da (6ko GC 1. irudian). Akusto-optiko programagarri den dispertsio-iragazkia aurrealdean erabiltzen da talde-abiaduraren dispertsioa eta ordena altuko dispertsioa zehaztasunez kontrolatzeko, pultsu-zabalera ahalik eta txikiena lortzeko. Pultsu-espektroak ia 12. ordenako supergauss forma du, eta balio maximoaren % 1ean banda-zabalera espektrala 150 nm da, Fourier transformatuaren 17 fs-ko pultsu-zabalera mugari dagokiona. Dispertsio-konpentsazio osatugabea eta anplifikadore parametrikoetan fase-konpentsazio ez-linealaren zailtasuna kontuan hartuta, espero den pultsu-zabalera 20 fs da.
XCELS laserrak bi 8 kanaleko UFL-2M neodimio beirazko laser maiztasun bikoizketa modulu erabiliko ditu (3 1. irudian), eta horietatik 13 kanal Booster OPCPA ponpatzeko erabiliko dira eta 12 azken OPCPA. Gainerako hiru kanalak nanosegundo kilojoule pultsatu independente gisa erabiliko dira.laser iturriakbeste esperimentu batzuetarako. DKDP kristalen haustura optikoaren atalaseak mugatuta, ponpatutako pultsuaren irradiazio intentsitatea 1,5 GW/cm2-tan ezartzen da kanal bakoitzeko eta iraupena 3,5 ns da.
XCELS laserraren kanal bakoitzak 50 PW-ko potentzia duten pultsuak sortzen ditu. Guztira 12 kanalek 600 PW-ko irteera-potentzia osoa ematen dute. Helburu-ganbera nagusian, kanal bakoitzaren fokatze-intentsitate maximoa baldintza idealetan 0,44 × 1025 W/cm2 da, F/1 fokatze-elementuak fokatzeko erabiltzen direla suposatuz. Kanal bakoitzaren pultsua 2,6 fs-ra gehiago konprimitzen bada post-konpresio teknikaren bidez, dagokion irteerako pultsu-potentzia 230 PW-ra handituko da, 2,0 × 1025 W/cm2-ko argi-intentsitateari dagokiona.
Argi-intentsitate handiagoa lortzeko, 600 PW-ko irteeran, 12 kanaletako argi-pultsuak alderantzizko dipolo erradiazioaren geometrian fokatuko dira, 2. irudian erakusten den bezala. Kanal bakoitzeko pultsu-fasea blokeatuta ez dagoenean, foku-intentsitatea 9×1025 W/cm2-ra irits daiteke. Pultsu-fase bakoitza blokeatuta eta sinkronizatuta badago, emaitza den argi-intentsitate koherentea 3,2×1026 W/cm2-ra igoko da. Helburu-gela nagusiaz gain, XCELS proiektuak 10 erabiltzaile-laborategi ditu, bakoitzak esperimentuetarako izpi bat edo gehiago jasotzen dituena. Argi-eremu oso indartsu hau erabiliz, XCELS proiektuak lau kategoriatan esperimentuak egitea aurreikusten du: elektrodinamika kuantikoaren prozesuak laser-eremu bizietan; partikulen ekoizpena eta azelerazioa; bigarren mailako erradiazio elektromagnetikoaren sorrera; laborategiko astrofisika, energia-dentsitate handiko prozesuak eta ikerketa diagnostikoa.
2. IRUDIA. Fokatze-geometria helburu-ganbera nagusian. Argitasun handiagoa lortzeko, 6. izpiaren ispilu parabolikoa garden gisa ezarrita dago, eta sarrerako eta irteerako izpiek 1 eta 7 kanal baino ez dituzte erakusten.
3. irudiak eraikin esperimentaleko XCELS laser sistemaren eremu funtzional bakoitzaren espazio-antolamendua erakusten du. Elektrizitatea, huts-ponpak, uraren tratamendua, arazketa eta aire girotua sotoan daude. Eraikuntza-azalera osoa 24.000 m2 baino gehiagokoa da. Energia-kontsumo osoa 7,5 MW ingurukoa da. Eraikin esperimentala barneko egitura huts batez eta kanpoko atal batez osatuta dago, bakoitza bi zimendu desakoplaturen gainean eraikia. Hutsean eta beste bibrazio-eragile sistemak bibrazio-isolatutako zimenduetan instalatuta daude, zimenduaren eta euskarriaren bidez laser sistemara transmititzen den asalduraren anplitudea 10-10 g2/Hz baino gutxiagora murrizteko 1-200 Hz-ko maiztasun-tartean. Horrez gain, erreferentzia-markatzaile geodesikoen sare bat ezarri da laser-aretoan, lurraren eta ekipamenduaren desbideratzea sistematikoki kontrolatzeko.
XCELS proiektuaren helburua ikerketa zientifikorako instalazio handi bat sortzea da, potentzia handiko laserretan oinarrituta. XCELS laser sistemaren kanal batek 1024 W/cm2 baino hainbat aldiz handiagoa den argi-intentsitate fokatua eman dezake, eta 1025 W/cm2-tan gainditu daiteke konpresio osteko teknologiarekin. Laser sistemako 12 kanaletako pultsu dipolo-fokatuen bidez, 1026 W/cm2-tik gertuko intentsitatea lor daiteke, konpresio osteko eta fase-blokeorik gabe ere. Kanal arteko fase-sinkronizazioa blokeatzen bada, argi-intentsitatea hainbat aldiz handiagoa izango da. Errekor-hautsle diren pultsu-intentsitate hauek eta kanal anitzeko izpien diseinua erabiliz, etorkizuneko XCELS instalazioak intentsitate oso handiko eta argi-eremuen banaketa konplexuko esperimentuak egin ahal izango ditu, eta elkarrekintzak diagnostikatu ahal izango ditu kanal anitzeko laser izpiak eta bigarren mailako erradiazioa erabiliz. Horrek zeregin berezia izango du eremu elektromagnetiko super-indartsuen fisika esperimentalaren arloan.
Argitaratze data: 2024ko martxoaren 26a