ახლახან, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის გამოყენებითი ფიზიკის ინსტიტუტმა შემოიღო ექსტრატული შუქის კვლევის ცენტრი (XCELS), დიდი სამეცნიერო მოწყობილობების კვლევითი პროგრამა, რომელიც დაფუძნებულია უკიდურესადმაღალი დენის ლაზერები. პროექტი მოიცავს ძალიანმაღალი დენის ლაზერიოპტიკური პარამეტრული ჩირქული პულსის გამაძლიერებელი ტექნოლოგიის საფუძველზე დიდი დიაფრაგმის კალიუმის დიდერიუმის ფოსფატში (DKDP, ქიმიური ფორმულა KD2PO4) კრისტალებში, მოსალოდნელი მთლიანი გამომავალი 600 pw პიკის სიმძლავრის პულსი. ეს ნამუშევარი შეიცავს მნიშვნელოვან დეტალებსა და კვლევის შედეგებს XCELS პროექტისა და მისი ლაზერული სისტემების შესახებ, აღწერილია პროგრამები და ულტრა ძლიერი მსუბუქი ველის ურთიერთქმედებებთან დაკავშირებული პოტენციური ზემოქმედება.
XCELS პროგრამა შემოთავაზებულია 2011 წელსლაზერიპულსის გამომავალი 200 pw, რომელიც ამჟამად განახლებულია 600 pw. მისილაზერული სისტემაეყრდნობა სამ საკვანძო ტექნოლოგიას:
(1) ოპტიკური პარამეტრული პულსის გამაძლიერებელი (OPCPA) ტექნოლოგია გამოიყენება ტრადიციული ჩირქული პულსის გამაძლიერებლის ნაცვლად (ჩირქული პულსის გამაძლიერებელი, OPCPA). CPA) ტექნოლოგია;
(2) DKDP– ის გამოყენებით, როგორც მოგების საშუალო, ულტრა ფართოზოლოვანი ფაზის შესატყვისი რეალიზაცია ხდება 910 ნმ ტალღის სიგრძის მახლობლად;
(3) დიდი დიაფრაგმის ნეოდიმიის შუშის ლაზერი, რომელსაც აქვს პულსის ენერგია ათასობით ჟუულით, გამოიყენება პარამეტრული გამაძლიერებლის მოსაწყობად.
ულტრა ფართო ფაზის შესატყვისი ფართოდ გვხვდება მრავალ კრისტალში და გამოიყენება OPCPA Femtosecond ლაზერებში. DKDP კრისტალები გამოიყენება იმის გამო, რომ ისინი პრაქტიკაში ერთადერთი მასალაა, რომელიც შეიძლება გაიზარდოს დიაფრაგმის ათეულობით სანტიმეტრამდე და ამავე დროს მიიღოს მისაღები ოპტიკური თვისებებილაზერები. აღმოჩენილია, რომ როდესაც DKDP კრისტალი ტუმბოა ND შუშის ლაზერის ორმაგი სიხშირის შუქით, თუ გამაძლიერებელი პულსის გადამზიდავი ტალღის სიგრძეა 910 ნმ, ტალღის ვექტორის შეუსაბამობის ტეილორის გაფართოების პირველი სამი ტერმინი 0.
სურათი 1 არის XCELS ლაზერული სისტემის სქემატური განლაგება. წინა ბოლოში წარმოქმნილი ფემტოსეკონდის პულსი, რომლის ცენტრალური ტალღის სიგრძეა 910 ნმ (1.3 სურათი 1) და 1054 ნმ ნანოწამების პულსი, რომელიც შეჰყავთ OPCPA ტუმბოს ლაზერში (1.1 და 1.2 სურათი 1). წინა დასასრული ასევე უზრუნველყოფს ამ პულსების სინქრონიზაციას, აგრეთვე საჭირო ენერგიასა და სპატიოტემორალურ პარამეტრებს. შუალედური OPCPA, რომელიც მოქმედებს უფრო მაღალი განმეორების სიჩქარით (1 ჰც) აძლიერებს გაძარცვულ პულსს ათეულობით ჟუულამდე (2 სურათი 1). პულსი კიდევ უფრო გაძლიერებულია გამაძლიერებელი OPCPA– ით ერთ კილოგრალულ სხივში და იყოფა 12 იდენტურ ქვე-სხივი (4 სურათი 1). ბოლო 12 opcpa- ში, 12 -დან 12 ჩაქსოვილი მსუბუქი პულსი გაძლიერებულია კილოჯუელის დონეზე (5 ნახ. 1) და შემდეგ შეკუმშულია 12 შეკუმშვის ღუმელით (GC 6 -დან 6 ნახ. 1). აკუსტო-ოპტიკური პროგრამირებადი დისპერსიული ფილტრი გამოიყენება წინა ბოლოში, რათა ზუსტად აკონტროლოს ჯგუფის სიჩქარის დისპერსია და მაღალი რიგის დისპერსია, რათა მიიღოთ პულსის ყველაზე მცირე შესაძლო სიგანე. პულსის სპექტრს აქვს თითქმის მე -12 რიგის სუპერგაუსის ფორმა, ხოლო სპექტრული სიჩქარეს მაქსიმალური მნიშვნელობის 1% -ს შეადგენს 150 ნმ, რაც შეესაბამება ფურიეს გარდაქმნის ლიმიტის პულსის სიგანეს 17 fs. არასრული დისპერსიული ანაზღაურებისა და პარამეტრული გამაძლიერებლებში არაწრფივი ფაზის კომპენსაციის სირთულის გათვალისწინებით, მოსალოდნელი პულსის სიგანე 20 fs.
XCELS ლაზერი გამოიყენება ორი 8-არხიანი UFL-2M ნეოდიმიის მინის ლაზერული სიხშირის გაორმაგების მოდულები (3 სურათი 1), რომელთაგან 13 არხი გამოყენებული იქნება გამაძლიერებელი OPCPA და 12 საბოლოო OPCPA. დანარჩენი სამი არხი გამოყენებული იქნება როგორც დამოუკიდებელი ნანოწამების კილოჯული, პულსირებულილაზერული წყაროებისხვა ექსპერიმენტებისთვის. შეზღუდული DKDP კრისტალების ოპტიკური ავარიის ბარიერით, ტუმბოს პულსის დასხივების ინტენსივობა მოცემულია 1.5 GW/CM2 თითოეული არხისთვის და ხანგრძლივობაა 3.5 ნს.
XCELS ლაზერის თითოეული არხი აწარმოებს პულსს 50 pW ენერგიით. სულ 12 არხი უზრუნველყოფს მთლიანი გამომავალი ენერგიის 600 pw. მთავარ სამიზნე პალატაში, თითოეული არხის მაქსიმალური ფოკუსირება იდეალურ პირობებში არის 0.44 × 1025 ვტ/სმ 2, თუ ვივარაუდებთ, რომ F/1 ფოკუსირების ელემენტები გამოიყენება ფოკუსირებისთვის. თუ თითოეული არხის პულსი შემდგომში შეკუმშულია 2.6 FS– ზე, შემდგომი შეკუმშვის ტექნიკით, შესაბამისი გამომავალი პულსის ენერგია გაიზრდება 230 pw– მდე, რაც შეესაბამება სინათლის ინტენსივობას 2.0 × 1025 ვტ/სმ 2.
უფრო მეტი სინათლის ინტენსივობის მისაღწევად, 600 pw– ის გამოსავალზე, 12 არხში მსუბუქი პულსი იქნება ორიენტირებული ინვერსიული დიპოლური გამოსხივების გეომეტრიაში, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურაში 2. როდესაც თითოეულ არხში პულსის ფაზა არ არის ჩაკეტილი, ფოკუსის ინტენსივობა შეიძლება მიაღწიოს 9 × 1025 ვტ/სმ 2. თუ თითოეული პულსის ფაზა ჩაკეტილია და სინქრონიზებულია, თანმიმდევრული შედეგის სინათლის ინტენსივობა გაიზრდება 3.2 × 1026 ვტ/სმ 2 -მდე. მთავარი სამიზნე ოთახის გარდა, XCELS პროექტი მოიცავს 10 -მდე მომხმარებლის ლაბორატორიას, რომელთაგან თითოეული იღებს ერთ ან მეტ სხივი ექსპერიმენტებისთვის. ამ უკიდურესად ძლიერი მსუბუქი ველის გამოყენებით, XCELS პროექტი გეგმავს ექსპერიმენტების ჩატარებას ოთხ კატეგორიაში: კვანტური ელექტროდინამიკის პროცესები ინტენსიური ლაზერული ველებში; ნაწილაკების წარმოება და აჩქარება; მეორადი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამომუშავება; ლაბორატორიული ასტროფიზიკა, ენერგიის სიმკვრივის მაღალი პროცესები და დიაგნოსტიკური კვლევა.
ნახ. 2 გეომეტრიის ფოკუსირება მთავარ სამიზნე პალატაში. სიწმინდისთვის, სხივის 6 -ის პარაბოლური სარკე არის გამჭვირვალე, ხოლო შეყვანის და გამომავალი სხივები აჩვენებს მხოლოდ ორ არხს 1 და 7
სურათი 3 გვიჩვენებს ექსპერიმენტულ შენობაში XCELS ლაზერული სისტემის თითოეული ფუნქციური ფართობის სივრცითი განლაგებას. ელექტროენერგია, ვაკუუმის ტუმბოები, წყლის დამუშავება, გამწმენდი და კონდიციონერი განთავსებულია სარდაფში. მთლიანი სამშენებლო ფართობი 24,000 მ 2 -ზე მეტია. ენერგიის მთლიანი მოხმარება დაახლოებით 7.5 მგვტ. ექსპერიმენტული შენობა შედგება შიდა ღრუ საერთო ჩარჩოსა და გარე განყოფილებისგან, რომელთაგან თითოეული აშენებულია ორ დეკოლტურ საფუძველზე. ვაკუუმი და ვიბრაციის გამომწვევი სხვა სისტემები დამონტაჟებულია ვიბრაციის იზოლირებულ საძირკველზე, ისე, რომ ლაზერული სისტემაში გადაცემული არეულობის ამპლიტუდა ფონდის საშუალებით და მხარდაჭერა შემცირდება 10-10 გ 2/ჰც-ზე ნაკლები სიხშირის დიაპაზონში 1-200 ჰც. გარდა ამისა, გეოდეზიური საცნობარო მარკერების ქსელი იქმნება ლაზერული დარბაზში, რათა სისტემატურად დააკვირდეს მიწის და აღჭურვილობის დრიფტს.
XCELS პროექტი მიზნად ისახავს დიდი სამეცნიერო კვლევითი ობიექტის შექმნას უკიდურესად მაღალი მწვერვალის ლაზერების საფუძველზე. XCELS ლაზერული სისტემის ერთმა არხმა შეიძლება უზრუნველყოს ფოკუსირებული სინათლის ინტენსივობა რამდენჯერმე 1024 ვტ/სმ 2-ზე, რაც კიდევ უფრო მეტად გადააჭარბებს 1025 ვტ/სმ 2-ს, შემდგომი შეკუმშვის ტექნოლოგიით. ლაზერული სისტემაში 12 არხიდან დიპოლური ფოკუსირებული პულსი, 1026 ვტ/სმ 2-მდე ინტენსივობა შესაძლებელია პოსტ-შეკუმშვისა და ფაზის ჩაკეტვის გარეშე. თუ არხებს შორის ფაზის სინქრონიზაცია ჩაკეტილია, სინათლის ინტენსივობა რამდენჯერმე უფრო მაღალი იქნება. პულსის ამ რეკორდული ინტენსივობის და მრავალარხიანი სხივის განლაგების გამოყენებით, მომავალი XCELS ობიექტს შეეძლება შეასრულოს ექსპერიმენტები უკიდურესად მაღალი ინტენსივობით, რთული მსუბუქი ველის განაწილებით და დიაგნოზირდეს ურთიერთქმედებები მრავალარხიანი ლაზერის სხივების და მეორადი გამოსხივების გამოყენებით. ეს უნიკალურ როლს შეასრულებს სუპერ ძლიერი ელექტრომაგნიტური ველის ექსპერიმენტული ფიზიკის სფეროში.
პოსტის დრო: მარ -26-2024