Duela gutxi, Errusiako Zientzien Akademiako Fisika Aplikatuaren Institutuak eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS) aurkeztu zuen, gailu zientifiko handientzako ikerketa-programa bat oso oinarritua.potentzia handiko laserrak. Proiektuak oso bat eraikitzea barne hartzen dupotentzia handiko laserraPultsu parametriko optikoko anplifikazio teknologian oinarrituta, irekiera handiko potasio dideuterio fosfatoko kristaletan (DKDP, formula kimikoa KD2PO4), 600 PW gailurreko potentzia-pultsuko irteera osoa espero duena. Lan honek XCELS proiektuari eta bere laser sistemei buruzko xehetasun garrantzitsuak eta ikerketa-aurkikuntzak eskaintzen ditu, argi-eremu ultra-sendoko interakzioekin lotutako aplikazioak eta eragin potentzialak deskribatuz.
XCELS programa 2011n proposatu zen potentzia goren bat lortzeko hasierako helburuarekinlaserra200 PW-ko pultsu-irteera, gaur egun 600 PW-ra eguneratuta dagoena. Berelaser sistemafuntsezko hiru teknologiatan oinarritzen da:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) teknologia erabiltzen da Chirped Pulse Amplification tradizionalaren ordez (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) teknologia;
(2) DKDP irabazteko medio gisa erabiliz, banda ultra zabaleko faseen parekatzea 910 nm-ko uhin-luzeratik gertu lortzen da;
(3) Anplifikadore parametriko bat ponpatzeko milaka jouleko pultsu-energia duen neodimiozko beirazko laser bat erabiltzen da.
Banda ultra-zabaleko faseen parekatzea asko dago kristal askotan eta OPCPA femtosegundoko laserretan erabiltzen da. DKDP kristalak erabiltzen dira praktikan aurkitutako material bakarra dela eta, hamar zentimetroko irekiera hazi daitekeena eta, aldi berean, PW anitzeko potentziaren anplifikazioa onartzen duten ezaugarri optiko onargarriak dituztenak.laserrak. DKDP kristala ND beira-laseraren maiztasun bikoitzaren argiaren bidez ponpatzen denean, pultsu anplifikatuaren eramailearen uhin-luzera 910 nm-koa bada, Taylor-ren hedapenaren lehen hiru terminoak 0 dira.
1. irudia XCELS laser sistemaren diseinu eskematikoa da. Aurrealdeak 910 nm-ko (1.3 irudian) eta 1054 nm nanosegundoko pultsuak OPCPA ponpatutako laserra injektatutako 910 nm-ko uhin-luzera zentraleko femtosegundoko pultsuak sortu zituen (1.1 eta 1.2 1. irudian). Frontendak pultsu horien sinkronizazioa eta beharrezkoak diren energia eta espazio-denborazko parametroak ere bermatzen ditu. Errepikapen tasa altuagoan (1 Hz) funtzionatzen duen tarteko OPCPA batek txirripatutako pultsuak hamarnaka jouletan handitzen ditu (2 1. irudian). Booster OPCPA-k pultsua areagotzen du kilojoule izpi bakar batean eta 12 azpi-izpi berdinetan banatzen da (4 1. irudian). Azken 12 OPCPAn, txirripatutako 12 argi pultsuetako bakoitza kilojoule mailara anplifikatzen da (5 1. irudian) eta, ondoren, 12 konpresio-sare bidez konprimitzen da (6-ko GC 1. irudian). Dispertsio-iragazki programagarri akustooptikoa aurrealdean erabiltzen da talde-abiadura-dispertsioa eta ordena handiko sakabanaketa zehatz-mehatz kontrolatzeko, ahalik eta pultsu-zabalera txikiena lortzeko. Pultsu-espektroak ia 12. ordenako supergaussaren forma du, eta gehienezko balioaren % 1eko banda-zabalera espektrala 150 nm-koa da, 17 fs-ko Fourier transformatuaren muga-pultsu-zabalerari dagokiona. Dispertsio-konpentsazio osatugabea eta fase ez-linealaren konpentsazioaren zailtasuna kontuan hartuta anplifikadore parametrikoetan, espero den pultsu-zabalera 20 fs-koa da.
XCELS laserrak 8 kanaleko UFL-2M neodimiozko beirazko laser frekuentzia bikoizteko bi modulu erabiliko ditu (3 1. irudian), eta horietatik 13 kanal Booster OPCPA eta azken 12 OPCPA ponpatzeko erabiliko dira. Gainerako hiru kanalak nanosegundo kilojoule pultsu independente gisa erabiliko diralaser iturriakbeste esperimentu batzuetarako. DKDP kristalen matxura optikoaren atalaseak mugatuta, ponpatutako pultsuaren irradiazio intentsitatea 1,5 GW/cm2-ra ezartzen da kanal bakoitzeko eta iraupena 3,5 ns-koa da.
XCELS laserren kanal bakoitzak 50 PW-ko potentzia duten pultsuak sortzen ditu. Guztira 12 kanalek 600 PW-ko irteera-potentzia osoa ematen dute. Xede-ganbera nagusian, kanal bakoitzaren fokatze intentsitate maximoa baldintza idealetan 0,44×1025 W/cm2-koa da, fokatzeko F/1 fokatze-elementuak erabiltzen direla suposatuz. Kanal bakoitzaren pultsua 2,6 fs-ra gehiago konprimitzen bada konpresio osteko teknikaren bidez, dagokion irteerako pultsu-potentzia 230 PW-ra igoko da, 2,0 × 1025 W/cm2-ko argi intentsitateari dagokiona.
Argi-intentsitate handiagoa lortzeko, 600 PW irteeran, 12 kanaletako argi-pultsuak alderantzizko erradiazio dipoloaren geometrian zentratuko dira, 2. Irudian ikusten den moduan. Kanal bakoitzeko pultsu-fasea blokeatuta ez dagoenean, foku-intentsitatea izan daiteke. 9×1025 W/cm2-ra iritsi. Pultsu fase bakoitza blokeatuta eta sinkronizatuta badago, ondoriozko argiaren intentsitate koherentea 3,2×1026 W/cm2-ra igoko da. Xede-gela nagusiaz gain, XCELS proiektuak gehienez 10 erabiltzaile-laborategi biltzen ditu, bakoitzak esperimentuetarako habe bat edo gehiago jasotzen ditu. Argi-eremu oso indartsu hori erabiliz, XCELS proiektuak lau kategoriako esperimentuak egitea aurreikusten du: elektrodinamika kuantikoko prozesuak laser eremu bizietan; Partikulen ekoizpena eta azelerazioa; Erradiazio elektromagnetiko sekundarioa sortzea; Laborategiko astrofisika, energia-dentsitate handiko prozesuak eta ikerketa diagnostikoa.
IRUDIA. 2 Fokatze-geometria xede-ganbera nagusian. Argitasuna lortzeko, 6 izpiaren ispilu parabolikoa gardena da eta sarrerako eta irteerako izpiek 1 eta 7 kanal bi baino ez dituzte erakusten.
3. irudiak XCELS laser sistemaren eremu funtzional bakoitzaren diseinu espaziala erakusten du eraikin esperimentalean. Sotoan elektrizitatea, huts-ponpak, uren tratamendua, arazketa eta aire girotua daude. Eraikuntzako azalera osoa 24.000 m2 baino gehiagokoa da. Energia-kontsumo osoa 7,5 MW ingurukoa da. Eraikin esperimentala barneko marko orokor huts bat eta kanpoko atal batez osatuta dago, bakoitza bi zimendu desakoplatuen gainean eraikia. Hutsa eta bibrazio-sistemak bibrazio isolatutako oinarrian instalatzen dira, zimenduaren eta euskarriaren bidez laser sistemara transmititzen den asalduraren anplitudea 10-10 g2/Hz baino gutxiagora murrizten den maiztasun barrutian. 1-200 Hz. Gainera, laser-aretoan erreferentzia-marka geodesikoen sare bat ezartzen da, lurzoruaren eta ekipoen noraeza sistematikoki kontrolatzeko.
XCELS proiektuak ikerketa zientifikoko instalazio handi bat sortzea du helburu, potentzia oso handiko laserretan oinarrituta. XCELS laser sistemaren kanal batek 1024 W/cm2 baino hainbat aldiz handiagoa izan dezake argiaren intentsitate fokatua, konpresio osteko teknologiarekin 1025 W/cm2 baino gehiago gainditu daitekeena. Laser-sistemako 12 kanaletako dipolo-fokatze-pultsuen bidez, 1026 W/cm2-tik hurbil dagoen intentsitatea lor daiteke post-konpresio eta fase blokeatu gabe ere. Kanalen arteko fase-sinkronizazioa blokeatuta badago, argiaren intentsitatea hainbat aldiz handiagoa izango da. Pultsu-intentsitate errekor hauek eta kanal anitzeko izpien diseinua erabiliz, etorkizuneko XCELS instalazioak intentsitate oso handiko argi-eremuen banaketa konplexuko esperimentuak egin ahal izango ditu eta interakzioak diagnostikatzeko kanal anitzeko laser izpiak eta bigarren mailako erradiazioa erabiliz. Honek zeregin berezia izango du eremu elektromagnetiko super-sendoaren fisika esperimentalaren arloan.
Argitalpenaren ordua: 2024-03-26