Dènyèman, Enstiti a nan Fizik Aplike nan Akademi Ris la nan Syans prezante Sant lan Exawatt pou Etid Ekstrèm Limyè (XCELS), yon pwogram rechèch pou gwo aparèy syantifik ki baze sou trèGwo pouvwa lazer. Pwojè a gen ladan konstriksyon an nan yon trèGwo pouvwa lazèBaze sou optik paramètrik ki chirped batman kè teknoloji anplifikasyon nan gwo Ouverture potasyòm dideyitom fosfat (DKDP, fòmil chimik KD2PO4) kristal, ak yon pwodiksyon total espere nan 600 PW pik pouvwa pulsasyon. Travay sa a bay detay enpòtan ak rezilta rechèch sou pwojè a XCELS ak sistèm lazè li yo, ki dekri aplikasyon pou ak enpak potansyèl ki gen rapò ak ultra-fò entèraksyon jaden limyè.
Pwogram XCELS la te pwopoze an 2011 ak objektif inisyal la nan reyisi yon pouvwa piklazèBatman kè pwodiksyon nan 200 PW, ki se kounye a modènize a 600 PW. Li yoSistèm lazèdepann sou twa teknoloji kle:
(1) Optik paramètrik ki chirped batman kè anplifikasyon (OPCPA) teknoloji yo itilize olye pou yo tradisyonèl chirped batman kè anplifikasyon (chirped batman kè anplifikasyon, OPCPA). CPA) teknoloji;
(2) lè l sèvi avèk DKDP kòm mwayen an genyen, ultra wideband matche faz reyalize tou pre 910 nm longèdonn;
(3) Yon gwo Ouverture neodim vè lazè ak yon enèji batman kè de milye de joules itilize ponpe yon anplifikatè paramètrik.
Se matche faz ultra-wideband lajman yo te jwenn nan anpil kristal epi li se itilize nan OPCPA femtosecond lazer. Kristal DKDP yo te itilize paske yo se materyèl la sèlman yo te jwenn nan pratik ki ka grandi nan dè dizèn de santimèt nan Ouverture ak nan menm tan an gen kalite optik akseptab sipòte anplifikasyon an nan pouvwa milti-PW.lazer. Li te jwenn ke lè se kristal la DKDP ponpe pa limyè a frekans doub nan lazè a vè ND, si longèdonn nan konpayi asirans nan batman kè a anplifye se 910 nm, twa premye tèm yo nan ekspansyon an Taylor nan vektè a vektè onn yo 0.
Figi 1 se yon Layout schematic nan sistèm lazè XCELS. Fen devan an pwodwi pulsasyon femtosecond chirped ak yon longèdonn santral nan 910 nm (1.3 nan Figi 1) ak 1054 nm nanosekond pulsasyon enjekte nan lazè a OPCPA ponpe (1.1 ak 1.2 nan Figi 1). Fen devan an tou asire senkronizasyon nan pulsasyon sa yo kòm byen ke enèji ki nesesè yo ak paramèt spatiotemporal. Yon OPCPA entèmedyè opere nan yon pi gwo pousantaj repetisyon (1 Hz) anplifye batman kè a chirped nan dè dizèn de joul (2 nan Figi 1). Se batman kè a plis anplifye pa OPCPA a rapèl nan yon gwo bout bwa kilojoule sèl ak divize an 12 idantik sub-travès (4 nan Figi 1). Nan 12 OPCPA final la, chak nan 12 pulsasyon yo limyè chirped se anplifye nan nivo a kilojoule (5 nan Figi 1) ak Lè sa a, konprese pa 12 konpresyon konpresyon (GC nan 6 nan Figi 1). Se filtre a acousto-optik pwogramasyon dispèsyon itilize nan fen a devan jisteman kontwòl gwoup dispèsyon vitès ak dispèsyon segondè lòd, konsa tankou jwenn pi piti lajè a batman kè posib. Spectre nan batman kè gen yon fòm nan prèske 12yèm-lòd Supergauss, ak Pleasant a espèk nan 1% nan valè a maksimòm se 150 nm, ki koresponn a Fourier transfòme lajè a batman kè nan 17 fs. Lè ou konsidere konpansasyon an dispèsyon enkonplè ak difikilte pou la nan konpansasyon faz linear nan anplifikatè paramètrik, lajè a batman kè espere se 20 fs.
Lazè a XCELS pral anplwaye de 8-chanèl UFL-2M neodim an vè lazè frekans double (3 nan Figi 1), nan yo ki 13 chanèl yo pral itilize yo ponp Booster OPCPA a ak 12 OPCPA final la. Rès twa chanèl yo pral itilize kòm endepandan nanosekond kilojoule enpulsyonèlsous lazèpou lòt eksperyans. Limite pa papòt la pann optik nan kristal yo DKDP, se entansite a iradyasyon nan batman kè a ponpe mete nan 1.5 GW/cm2 pou chak kanal ak dire a se 3.5 ns.
Chak kanal nan lazè a XCELS pwodui pulsasyon ak yon pouvwa nan 50 PW. Yon total de 12 chanèl bay yon pouvwa pwodiksyon total de 600 pw. Nan chanm prensipal la sib, maksimòm entansite a konsantre nan chak kanal anba kondisyon ideyal se 0.44 × 1025 W/cm2, an konsideran ke f/1 eleman ki konsantre yo te itilize pou konsantre. Si batman kè a nan chak kanal se plis konprese a 2.6 FS pa teknik pòs-konpresyon, yo pral korespondan pouvwa a batman kè pwodiksyon ap ogmante a 230 PW, ki koresponn a entansite a limyè nan 2.0 × 1025 W/cm2.
Pou reyalize pi gwo entansite limyè, nan 600 pwodiksyon PW, pulsasyon limyè yo nan 12 chanèl yo pral konsantre nan jeyometri a nan radyasyon dipol envès, jan yo montre nan Figi 2. Lè faz la batman kè nan chak kanal pa fèmen, entansite a konsantre ka rive jwenn 9 × 1025 W/cm2. Si se chak faz batman kè fèmen ak senkronize, yo pral aderan entansite a limyè ap ogmante a 3.2 × 1026 W/cm2. Anplis de sal la sib prensipal la, pwojè a XCELS gen ladan jiska 10 laboratwa itilizatè, chak resevwa youn oswa plis travès pou eksperyans. Sèvi ak jaden sa a trè fò limyè, pwojè a XCELS plan yo pote soti nan eksperyans nan kat kategori: pwopòsyon elektwodinamik pwosesis nan jaden lazè entans; Pwodiksyon ak akselerasyon patikil yo; Jenerasyon radyasyon elektwomayetik segondè; Astrofizik laboratwa, pwosesis segondè dansite enèji ak rechèch dyagnostik.
Fig. 2 konsantre jeyometri nan chanm prensipal la sib. Pou klè, se glas la parabolik nan gwo bout bwa 6 mete nan transparan, ak opinyon yo ak pwodiksyon travès montre sèlman de chanèl 1 ak 7
Figi 3 montre layout la espasyal nan chak zòn fonksyonèl nan sistèm la lazè XCELS nan bilding lan eksperimantal. Elektrisite, ponp vakyòm, tretman dlo, pou pirifye ak èkondisyone yo sitiye nan sousòl la. Zòn nan konstriksyon total se plis pase 24,000 M2. Konsomasyon pouvwa total la se sou 7.5 MW. Bilding eksperimantal la konsiste de yon ankadreman entèn kre an jeneral ak yon seksyon ekstèn, chak bati sou de fondasyon decoupled. Vacuum la ak lòt sistèm Vibration-pwovoke yo enstale sou fondasyon an Vibration-izole, se konsa ke anplitid nan twoub la transmèt nan sistèm la lazè nan fondasyon an ak sipò redwi a mwens pase 10-10 G2/Hz nan seri a frekans nan 1-200 Hz. Anplis de sa, se yon rezo nan makè referans jeodezi mete kanpe nan Hall la lazè sistematik kontwole flote nan tè a ak ekipman yo.
Pwojè XCELS la gen pou objaktif pou kreye yon gwo etablisman rechèch syantifik ki baze sou lazer trè wo pouvwa pik. Yon kanal nan sistèm lazè XCELS ka bay yon entansite limyè konsantre plizyè fwa pi wo pase 1024 W/cm2, ki ka plis depase pa 1025 W/cm2 ak teknoloji pòs-konpresyon. Pa dipol-konsantre pulsasyon soti nan 12 chanèl nan sistèm la lazè, yon entansite fèmen nan 1026 W/cm2 kapab reyalize menm san yo pa pòs-konpresyon ak bloke faz. Si senkronizasyon faz ant chanèl yo fèmen, entansite limyè a pral plizyè fwa pi wo. Sèvi ak sa yo entansite dosye-kraze batman kè ak layout nan gwo bout bwa milti-chanèl, etablisman an XCELS lavni yo pral kapab fè eksperyans ak entansite trè wo, distribisyon konplèks jaden limyè, ak fè dyagnostik entèraksyon lè l sèvi avèk milti-chanèl lazè travès ak radyasyon segondè. Sa a pral jwe yon wòl inik nan jaden an nan super-fò jaden elektwomayetik fizik eksperimantal.
Post tan: mar-26-2024