Resaman, Enstiti Fizik Aplike Akademi Syans Larisi a te prezante Sant eXawatt pou Etid Limyè Ekstrèm (XCELS), yon pwogram rechèch pou gwo aparèy syantifik ki baze sou limyè ekstrèm.lazè gwo pouvwaPwojè a gen ladan l konstriksyon yon trèlazè gwo pouvwaki baze sou teknoloji anplifikasyon pulsasyon optik parametrik chirped nan kristal gwo ouvèti potasyòm dideuterium fosfat (DKDP, fòmil chimik KD2PO4), ak yon pwodiksyon total espere de 600 pulsasyon pik pouvwa PW. Travay sa a bay detay enpòtan ak rezilta rechèch sou pwojè XCELS la ak sistèm lazè li yo, ki dekri aplikasyon yo ak enpak potansyèl ki gen rapò ak entèraksyon chan limyè ultra-fò.
Yo te pwopoze pwogram XCELS la an 2011 avèk objektif inisyal pou rive nan yon pik puisans.lazèyon pwodiksyon pulsasyon 200 PW, ki aktyèlman amelyore a 600 PW.sistèm lazèdepann sou twa teknoloji kle:
(1) Yo itilize teknoloji Anplifikasyon Pulsasyon Parametrik Optik Chirped (OPCPA) nan plas teknoloji Anplifikasyon Pulsasyon Chirped tradisyonèl la (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA);
(2) Lè w sèvi ak DKDP kòm mwayen pou genyen, yo reyalize yon matche faz ultra laj bann toupre longèdonn 910 nm;
(3) Yo itilize yon lazè an vè neyodim ak yon gwo ouvèti ki gen yon enèji pulsasyon plizyè milye joul pou ponpe yon anplifikatè parametrik.
Yo jwenn matche faz ultra-wideband nan anpil kristal epi yo itilize li nan lazè femtosegond OPCPA. Yo itilize kristal DKDP paske yo se sèl materyèl yo jwenn nan pratik ki ka grandi rive nan plizyè dizèn santimèt ouvèti epi an menm tan ki gen kalite optik akseptab pou sipòte anplifikasyon pouvwa milti-PW.lazèYo jwenn ke lè kristal DKDP a ponpe pa limyè doub frekans lazè vè ND a, si longèdonn transpòtè pulsasyon anplifye a se 910 nm, twa premye tèm ekspansyon Taylor nan move matche vektè ond lan se 0.
Figi 1 se yon plan eskematik sistèm lazè XCELS la. Pati devan an te pwodui pulsasyon femtosegond ak yon longèdonn santral 910 nm (1.3 nan Figi 1) ak pulsasyon 1054 nm nanosegond ki te enjekte nan lazè ponpe OPCPA a (1.1 ak 1.2 nan Figi 1). Pati devan an asire tou senkronizasyon pulsasyon sa yo ansanm ak enèji ki nesesè a ak paramèt espasyotanporèl yo. Yon OPCPA entèmedyè k ap opere nan yon vitès repetisyon ki pi wo (1 Hz) anplifye pulsasyon chirped la a plizyè dizèn joul (2 nan Figi 1). Pulsasyon an vin pi anplifye pa OPCPA Booster la nan yon sèl gwo bout bwa kilojoul epi divize an 12 sou-gwo bout bwa idantik (4 nan Figi 1). Nan 12 OPCPA final yo, chak nan 12 pulsasyon limyè chirped yo anplifye nan nivo kilojoul la (5 nan Figi 1) epi answit konprese pa 12 griyaj konpresyon (GC 6 nan Figi 1). Filtè dispèsyon pwogramasyon akousto-optik la itilize nan pati devan an pou kontwole avèk presizyon dispèsyon vitès gwoup la ak dispèsyon lòd segondè a, pou jwenn pi piti lajè pulsasyon posib. Espèk pulsasyon an gen yon fòm prèske supergauss 12yèm lòd, epi Pleasant spectral la a 1% nan valè maksimòm lan se 150 nm, ki koresponn ak limit lajè pulsasyon transfòme Fourier la ki se 17 fs. Lè nou konsidere konpansasyon dispèsyon enkonplè a ak difikilte pou konpansasyon faz nonlineyè nan anplifikatè parametrik yo, lajè pulsasyon espere a se 20 fs.
Lazè XCELS la pral itilize de modil doublaj frekans lazè an vè neyodim UFL-2M 8 kanal (3 nan Figi 1), pami yo 13 kanal pral itilize pou ponpe OPCPA Booster la ak 12 OPCPA final yo. Twa kanal ki rete yo pral itilize kòm ponpe nanosegond kilojoule endepandan.sous lazèpou lòt eksperyans. Limite pa papòt pann optik kristal DKDP yo, entansite iradyasyon pulsasyon ponpe a fikse a 1.5 GW/cm2 pou chak kanal epi dire a se 3.5 ns.
Chak kanal lazè XCELS la pwodui pulsasyon ak yon puisans 50 PW. Yon total de 12 kanal bay yon puisans pwodiksyon total de 600 PW. Nan chanm sib prensipal la, entansite maksimòm konsantrasyon chak kanal anba kondisyon ideyal se 0.44 × 1025 W/cm2, sipoze ke eleman konsantrasyon F/1 yo itilize pou konsantrasyon. Si pulsasyon chak kanal la plis konprese a 2.6 fs pa teknik pòs-konpresyon, puisans pulsasyon pwodiksyon korespondan an ap ogmante a 230 PW, ki koresponn ak entansite limyè 2.0 × 1025 W/cm2.
Pou reyalize yon pi gwo entansite limyè, ak yon pwodiksyon 600 PW, pulsasyon limyè yo nan 12 chanèl yo pral konsantre nan jeyometri radyasyon dipol envès la, jan yo montre nan Figi 2. Lè faz pulsasyon an nan chak chanèl pa bloke, entansite konsantrasyon an ka rive nan 9 × 1025 W/cm2. Si chak faz pulsasyon bloke epi senkronize, entansite limyè ki reziltan koyeran an ap ogmante a 3.2 × 1026 W/cm2. Anplis sal sib prensipal la, pwojè XCELS la gen ladan jiska 10 laboratwa itilizatè, chak ap resevwa youn oubyen plizyè reyon pou eksperyans yo. Lè l sèvi avèk chan limyè trè fò sa a, pwojè XCELS la gen plan pou fè eksperyans nan kat kategori: pwosesis elektwodinamik kwantik nan chan lazè entans; Pwodiksyon ak akselerasyon patikil; Jenerasyon radyasyon elektwomayetik segondè; Astwofizik laboratwa, pwosesis dansite enèji segondè ak rechèch dyagnostik.
FIG. 2 Jewometri fokalizasyon nan chanm sib prensipal la. Pou plis klète, miwa parabolik reyon 6 la mete transparan, epi reyon antre ak sòti yo montre sèlman de chanèl 1 ak 7.
Figi 3 montre plan espasyal chak zòn fonksyonèl sistèm lazè XCELS la nan bilding eksperimantal la. Elektrisite, ponp vakyòm, tretman dlo, pirifikasyon ak èkondisyone sitiye nan sousòl la. Sifas konstriksyon total la se plis pase 24,000 m2. Konsomasyon total enèji a se anviwon 7.5 MW. Bilding eksperimantal la konsiste de yon ankadreman jeneral kre entèn ak yon seksyon ekstèn, chak bati sou de fondasyon dekonekte. Sistèm vakyòm ak lòt sistèm ki pwovoke vibrasyon yo enstale sou fondasyon izole kont vibrasyon an, pou anplitid twoub ki transmèt nan sistèm lazè a atravè fondasyon an ak sipò a redwi a mwens pase 10-10 g2/Hz nan seri frekans 1-200 Hz. Anplis de sa, yo mete yon rezo makè referans jeodezik nan sal lazè a pou kontwole sistematikman derive tè a ak ekipman yo.
Pwojè XCELS la gen pou objaktif pou kreye yon gwo etablisman rechèch syantifik ki baze sou lazè ki gen pik puisans ekstrèmman wo. Yon kanal nan sistèm lazè XCELS la ka bay yon entansite limyè konsantre plizyè fwa pi wo pase 1024 W/cm2, ki ka depase plis pase 1025 W/cm2 ak teknoloji pòs-konpresyon. Lè yo konsantre pulsasyon dipòl ki soti nan 12 kanal nan sistèm lazè a, yo ka reyalize yon entansite ki pre 1026 W/cm2 menm san pòs-konpresyon ak bloke faz. Si yo bloke senkronizasyon faz ant kanal yo, entansite limyè a ap plizyè fwa pi wo. Lè l sèvi avèk entansite pulsasyon rekò sa yo ak layout gwo bout bwa milti-chanèl la, etablisman XCELS nan lavni an ap kapab fè eksperyans ak entansite ekstrèmman wo, distribisyon chan limyè konplèks, epi dyagnostike entèraksyon lè l sèvi avèk gwo bout bwa lazè milti-chanèl ak radyasyon segondè. Sa ap jwe yon wòl inik nan domèn fizik eksperimantal chan elektwomayetik super fò.
Dat piblikasyon: 26 mas 2024