Viru kuerzem huet den Institut fir Applied Physik vun der Russescher Akademie vun de Wëssenschaften den eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS) agefouert, e Fuerschungsprogramm fir grouss wëssenschaftlech Apparater baséiert op extremhéich Muecht Laser. De Projet ëmfaasst de Bau vun engem ganzhéich Muecht Laserbaséiert op opteschen parametreschen chirped Pulsatiounsperiod Verstäerkung Technologie an grouss Ouverture Kaliumdideuterium phosphate (DKDP, chemesch Formel KD2PO4) Kristaller, mat engem erwaart Gesamtoutput vun 600 PW Peak Muecht Impulser. Dës Aarbecht liwwert wichteg Detailer a Fuerschungsresultater iwwer den XCELS Projet a seng Lasersystemer, beschreiwen Uwendungen a potenziell Auswierkungen am Zesummenhang mat ultra-staark Liichtfeldinteraktiounen.
Den XCELS-Programm gouf am Joer 2011 proposéiert mam initialen Zil eng Peak-Muecht z'erreechenLaserPulsausgang vun 200 PW, déi aktuell op 600 PW aktualiséiert gëtt. SengLaser Systembaséiert op dräi Schlësseltechnologien:
(1) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) Technologie gëtt benotzt anstatt traditionell Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) Technologie;
(2) Benotzt DKDP als Gewënnmedium, Ultra Wideband Phase Matching gëtt no bei 910 nm Wellelängt realiséiert;
(3) Eng grouss Apertur Neodym Glas Laser mat enger Pulsenergie vun Dausende vun Joule gëtt benotzt fir e parametresche Verstärker ze pumpen.
Ultra-breetband Phase Matching ass wäit a ville Kristalle fonnt a gëtt an OPCPA Femtosecond Laser benotzt. DKDP Kristalle gi benotzt well se dat eenzegt Material sinn dat an der Praxis fonnt gëtt, dat op zéng Zentimeter vun der Ouverture ugebaut ka ginn a gläichzäiteg akzeptabel optesch Qualitéiten hunn fir d'Verstäerkung vu Multi-PW Kraaft z'ënnerstëtzen.Laser. Et gëtt festgestallt datt wann den DKDP Kristall duerch d'duebelfrequenz Liicht vum ND Glaslaser gepompelt gëtt, wann d'Trägerwellelängt vum verstäerkte Puls 910 nm ass, sinn déi éischt dräi Begrëffer vun der Taylor Expansioun vum Wellenvektor Mëssmatch 0.
Figur 1 ass e schemateschen Layout vum XCELS Laser System. Déi viischt Enn generéiert chirped Femtosecond Impulser mat enger zentraler Wellelängt vun 910 nm (1,3 an der Figur 1) an 1054 nm Nanosecond Impulser, déi an den OPCPA pompelen Laser injizéiert ginn (1,1 an 1,2 an der Figur 1). De Frontend suergt och fir d'Synchroniséierung vun dësen Impulser wéi och déi néideg Energie a spatiotemporal Parameteren. En Zwëschen OPCPA, deen mat enger méi héijer Widderhuelungsquote (1 Hz) funktionnéiert, verstäerkt de chirped Puls op Zénger Joule (2 an der Figur 1). De Puls gëtt weider verstäerkt vum Booster OPCPA an engem eenzege Kilojoulestrahl an opgedeelt an 12 identesch Ënnerstrahlen (4 an der Figur 1). An der leschter 12 OPCPA gëtt jidderee vun den 12 gekrabbelte Liichtimpulser op de Kilojoule Niveau verstäerkt (5 an der Figur 1) an dann duerch 12 Kompressiounsgitter (GC vu 6 an der Figur 1) kompriméiert. Den akusto-optesche programméierbare Dispersiounsfilter gëtt am Frontend benotzt fir d'Gruppgeschwindegkeetsdispersioun an d'héich Uerdnungsdispersioun präzis ze kontrolléieren, fir déi klengst méiglech Pulsbreed ze kréien. De Pulsspektrum huet eng Form vu bal 12. Uerdnung Supergauss, an d'Spektralbandbreedung bei 1% vum maximale Wäert ass 150 nm, entspriechend der Fourier Transform Limit Puls Breet vun 17 fs. Bedenkt datt déi onkomplett Dispersiounskompensatioun an d'Schwieregkeet vun der netlinearer Phasekompensatioun an parametresche Verstärker, déi erwaart Pulsbreedung 20 fs ass.
Den XCELS Laser benotzt zwee 8-Kanal UFL-2M Neodym Glas Laser Frequenz Verdueblung Moduler (3 an der Figur 1), vun deenen 13 Kanäl benotzt gi fir de Booster OPCPA an 12 final OPCPA ze pumpen. Déi reschtlech dräi Channels ginn als onofhängeg Nanosecond Kilojoule gepulst benotztLaser Quellenfir aner Experimenter. Limitéiert duerch den opteschen Ofbauschwell vun den DKDP-Kristalle, gëtt d'Bestrahlungsintensitéit vum gepompelten Puls op 1,5 GW / cm2 fir all Kanal gesat an d'Dauer ass 3,5 ns.
All Kanal vum XCELS Laser produzéiert Impulser mat enger Kraaft vu 50 PW. Insgesamt 12 Kanäl liwweren eng Gesamtausgangskraaft vu 600 PW. An der Haaptzielkammer ass déi maximal Fokusintensitéit vun all Kanal ënner idealen Bedéngungen 0,44 × 1025 W / cm2, unzehuelen datt F / 1 Fokuselementer fir de Fokus benotzt ginn. Wann de Puls vun all Kanal weider op 2,6 fs duerch Postkompressiounstechnik kompriméiert gëtt, gëtt déi entspriechend Ausgangsimpulskraaft op 230 PW erhéicht, entspriechend der Liichtintensitéit vun 2,0 × 1025 W/cm2.
Fir méi grouss Liichtintensitéit z'erreechen, bei 600 PW Ausgang, ginn d'Liichtimpulsen an den 12 Kanäl an der Geometrie vun der inverser Dipolstralung fokusséiert, wéi an der Figur 2. Wann d'Pulsphase an all Kanal net gespaart ass, kann d'Fokusintensitéit erreechen 9 × 1025 W / cm2. Wann all Pulsphase gespaart a synchroniséiert ass, gëtt déi kohärent resultéierend Liichtintensitéit op 3,2 × 1026 W/cm2 erhéicht. Zousätzlech zum Haaptzielraum enthält den XCELS-Projet bis zu 10 Benotzerlaboratoiren, déi all een oder méi Strahlen fir Experimenter kréien. Mat dësem extrem staarke Liichtfeld plangt den XCELS-Projet Experimenter a véier Kategorien auszeféieren: Quanteelektrodynamikprozesser an intensiven Laserfelder; Produktioun a Beschleunegung vu Partikelen; Generatioun vun sekundär elektromagnetescher Stralung; Laboratoire Astrophysik, héich Energiedichte Prozesser an diagnostesch Fuerschung.
FIG. 2 Focusing Geometrie an der Haaptzielkammer. Fir Kloerheet ass de parabolesche Spigel vum Strahl 6 op transparent gesat, an d'Input- an Ausgangsstrahlen weisen nëmmen zwee Kanäl 1 a 7
Figur 3 weist de raimleche Layout vun all funktionell Beräich vun der XCELS Laser System am experimentell Gebai. Elektrizitéit, Vakuumpompelen, Waasserbehandlung, Reinigung a Klimaanlag sinn am Keller. D'Gesamtbaufläch ass méi wéi 24.000 m2. Den Total Stroumverbrauch ass ongeféier 7,5 MW. D'experimentell Gebai besteet aus engem internen huel Gesamtrahmen an engem externen Sektioun, all op zwee entkoppelt Fundamenter gebaut. De Vakuum an aner Schwéngung-induzéiert Systemer ginn op der Schwéngungsisoléierter Fondatioun installéiert, sou datt d'Amplitude vun der Stéierung, déi duerch d'Fundament an d'Ënnerstëtzung an de Lasersystem iwwerdroe gëtt, op manner wéi 10-10 g2 / Hz am Frequenzbereich reduzéiert gëtt. 1-200 Hz. Ausserdeem gëtt an der Laserhal en Netz vu geodesche Referenzmarker ageriicht fir systematesch den Drift vum Buedem an Ausrüstung ze iwwerwaachen.
Den XCELS-Projet zielt fir eng grouss wëssenschaftlech Fuerschungsanlag ze kreéieren baséiert op extrem héich Peak-Power Laser. Ee Kanal vum XCELS Laser System kann eng fokusséiert Liichtintensitéit e puer Mol méi héich wéi 1024 W/cm2 ubidden, wat mat der Postkompressiounstechnologie weider duerch 1025 W/cm2 iwwerschratt ka ginn. Duerch Dipol-fokusséierend Impulser vun 12 Kanäl am Lasersystem kann eng Intensitéit no bei 1026 W/cm2 och ouni Postkompressioun a Phaseverschloss erreecht ginn. Wann d'Phassynchroniséierung tëscht Kanäl gespaart ass, wäert d'Liichtintensitéit e puer Mol méi héich sinn. Mat dëse rekordbriechende Pulsintensitéiten an de Multi-Channel Strahl-Layout, wäert déi zukünfteg XCELS-Facilitéit Experimenter mat extrem héijer Intensitéit, komplexe Liichtfeldverdeelungen ausféieren, an Interaktioune mat Multi-Channel Laserstrahlen a sekundärer Stralung diagnostizéieren. Dëst wäert eng eenzegaarteg Roll am Beräich vun super-staark elektromagnetesche Feld experimentell Physik spillen.
Post Zäit: Mar-26-2024