Gần đây, Viện Vật lý Ứng dụng của Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã giới thiệu Trung tâm Nghiên cứu Ánh sáng cực đoan (XCELS), một chương trình nghiên cứu về các thiết bị khoa học lớn dựa trên cực kỳLaser năng lượng cao. Dự án bao gồm việc xây dựng mộtLaser công suất caoDựa trên công nghệ khuếch đại xung thông số quang học trong khẩu độ lớn kali dideuterium phosphate (DKDP, công thức hóa học KD2PO4), với tổng sản lượng dự kiến là xung công suất cực đại 600 PW. Công trình này cung cấp các chi tiết quan trọng và kết quả nghiên cứu về dự án XCELS và các hệ thống laser của nó, mô tả các ứng dụng và tác động tiềm năng liên quan đến các tương tác trường ánh sáng cực mạnh.
Chương trình XCELS đã được đề xuất vào năm 2011 với mục tiêu ban đầu là đạt được sức mạnh cao nhấtlaserSản lượng xung 200 PW, hiện đang được nâng cấp lên 600 PW. Của nóHệ thống laserdựa vào ba công nghệ chính:
. CPA) công nghệ;
.
.
Kết hợp pha siêu băng được tìm thấy rộng rãi trong nhiều tinh thể và được sử dụng trong laser opcpa femtosecond. Các tinh thể DKDP được sử dụng vì chúng là vật liệu duy nhất được tìm thấy trong thực tế có thể được trồng thành hàng chục cm của khẩu độ và đồng thờiLaser. Người ta thấy rằng khi tinh thể DKDP được bơm bằng ánh sáng tần số kép của laser thủy tinh thứ hai, nếu bước sóng mang của xung khuếch đại là 910nm, ba thuật ngữ đầu tiên của sự mở rộng Taylor của không khớp vectơ sóng là 0.
Hình 1 là bố cục sơ đồ của hệ thống laser XCELS. Đầu phía trước tạo ra các xung femtosecond churped với bước sóng trung tâm là 910nm (1,3 trong Hình 1) và xung nano giây 1054nm được tiêm vào laser bơm OPCPA (1.1 và 1.2 trong Hình 1). Mặt trước cũng đảm bảo sự đồng bộ hóa các xung này cũng như các thông số năng lượng và không gian cần thiết. Một OPCPA trung gian hoạt động ở tốc độ lặp lại cao hơn (1 Hz) khuếch đại xung bị chirped thành hàng chục joules (2 trong Hình 1). Xung được khuếch đại thêm bởi OPCPA tăng cường thành một chùm kilojoule duy nhất và được chia thành 12 chùm con giống hệt nhau (4 trong Hình 1). Trong 12 OPCPA cuối cùng, mỗi trong số 12 xung ánh sáng được khuếch đại được khuếch đại theo mức kilojoule (5 trong Hình 1) và sau đó được nén bởi 12 cách nén (GC của 6 trong Hình 1). Bộ lọc phân tán lập trình quang học được sử dụng ở đầu trước để kiểm soát chính xác sự phân tán vận tốc nhóm và phân tán bậc cao, để có được chiều rộng xung nhỏ nhất có thể. Phổ xung có hình dạng Supergauss gần 12 và băng thông quang phổ ở mức 1% giá trị tối đa là 150nm, tương ứng với chiều rộng xung giới hạn biến đổi Fourier là 17 fs. Xem xét mức bù phân tán không hoàn chỉnh và độ khó của bù pha phi tuyến trong các bộ khuếch đại tham số, chiều rộng xung dự kiến là 20 fs.
Laser XCELS sẽ sử dụng hai mô-đun nhân đôi tần số Laser Neodymium Neodymium 8 kênh 8 kênh (3 trong Hình 1), trong đó 13 kênh sẽ được sử dụng để bơm OPCPA tăng cường và 12 OPCPA cuối cùng. Ba kênh còn lại sẽ được sử dụng làm Kilojoule độc lậpNguồn lasercho các thí nghiệm khác. Giới hạn bởi ngưỡng phân tích quang học của các tinh thể DKDP, cường độ chiếu xạ của xung bơm được đặt thành 1,5 GW/cm2 cho mỗi kênh và thời lượng là 3,5 ns.
Mỗi kênh của laser XCELS tạo ra các xung với công suất 50 PW. Tổng cộng 12 kênh cung cấp tổng công suất đầu ra là 600 pw. Trong buồng mục tiêu chính, cường độ lấy nét tối đa của mỗi kênh trong điều kiện lý tưởng là 0,44 × 1025 W/cm2, giả sử rằng các yếu tố lấy nét f/1 được sử dụng để lấy nét. Nếu xung của mỗi kênh được nén thêm thành 2,6 fs theo kỹ thuật sau nén, công suất xung đầu ra tương ứng sẽ được tăng lên 230 PW, tương ứng với cường độ ánh sáng là 2.0 × 1025 W/cm2.
Để đạt được cường độ ánh sáng lớn hơn, ở đầu ra 600 PW, các xung ánh sáng trong 12 kênh sẽ được tập trung vào hình học của bức xạ lưỡng cực nghịch đảo, như trong Hình 2. Khi pha xung trong mỗi kênh không bị khóa, cường độ lấy nét có thể đạt tới 9 × 1025 W/cm2. Nếu mỗi pha xung được khóa và đồng bộ hóa, cường độ ánh sáng kết quả kết hợp sẽ được tăng lên 3,2 × 1026 W/cm2. Ngoài phòng mục tiêu chính, dự án XCels bao gồm tối đa 10 phòng thí nghiệm người dùng, mỗi phòng nhận được một hoặc nhiều chùm tia cho các thí nghiệm. Sử dụng trường ánh sáng cực kỳ mạnh này, Dự án XCELS có kế hoạch thực hiện các thí nghiệm trong bốn loại: các quy trình điện động học lượng tử trong các trường laser cường độ cao; Sản xuất và gia tốc của các hạt; Tạo ra bức xạ điện từ thứ cấp; Vật lý thiên văn trong phòng thí nghiệm, quá trình mật độ năng lượng cao và nghiên cứu chẩn đoán.
QUẢ SUNG. 2 Tập trung hình học trong buồng mục tiêu chính. Để rõ ràng, gương parabol của chùm 6 được đặt thành trong suốt và dầm đầu vào và đầu ra chỉ hiển thị hai kênh 1 và 7
Hình 3 cho thấy bố cục không gian của từng khu vực chức năng của hệ thống laser XCELS trong tòa nhà thử nghiệm. Điện, bơm chân không, xử lý nước, tinh chế và điều hòa không khí nằm trong tầng hầm. Tổng diện tích xây dựng là hơn 24.000 m2. Tổng mức tiêu thụ năng lượng là khoảng 7,5 MW. Tòa nhà thử nghiệm bao gồm một khung tổng thể rỗng bên trong và một phần bên ngoài, mỗi phần được xây dựng trên hai nền tảng tách rời. Máy hút bụi và các hệ thống gây rung động khác được lắp đặt trên nền tảng phân lập rung, do đó biên độ của nhiễu truyền đến hệ thống laser thông qua nền tảng và hỗ trợ giảm xuống dưới 10-10 G2/Hz trong dải tần số 1-200 Hz. Ngoài ra, một mạng lưới các dấu hiệu tham chiếu trắc địa được thiết lập trong hội trường laser để giám sát một cách có hệ thống độ trôi của mặt đất và thiết bị.
Dự án XCELS nhằm tạo ra một cơ sở nghiên cứu khoa học lớn dựa trên các laser công suất cực đại cực kỳ cao. Một kênh của hệ thống laser XCELS có thể cung cấp cường độ ánh sáng tập trung cao hơn nhiều lần so với 1024 W/cm2, có thể vượt quá 1025 W/cm2 với công nghệ sau nén. Bằng cách tập trung vào các xung từ 12 kênh trong hệ thống laser, cường độ gần 1026 W/cm2 có thể đạt được ngay cả khi không nén sau và khóa pha. Nếu đồng bộ hóa pha giữa các kênh bị khóa, cường độ ánh sáng sẽ cao hơn nhiều lần. Sử dụng các cường độ xung phá vỡ kỷ lục này và bố cục chùm đa kênh, cơ sở XCELS trong tương lai sẽ có thể thực hiện các thí nghiệm với cường độ cực cao, phân phối trường ánh sáng phức tạp và chẩn đoán tương tác sử dụng chùm tia laser đa kênh và bức xạ thứ cấp. Điều này sẽ đóng một vai trò duy nhất trong lĩnh vực vật lý thử nghiệm trường điện từ siêu mạnh.
Thời gian đăng: Mar-26-2024