Dènyèman, Enstiti a nan Fizik Aplike nan Akademi Ris la Syans prezante Sant eXawatt pou Etid Ekstrèm Limyè (XCELS), yon pwogram rechèch pou gwo aparèy syantifik ki baze sou ekstrèmman.lazè gwo pouvwa. Pwojè a gen ladan konstriksyon an nan yon trègwo pouvwa lazèki baze sou teknoloji anplifikasyon optik parametrik batman kè nan gwo ouvèti potasyòm dideuterium fosfat (DKDP, fòmil chimik KD2PO4) kristal, ak yon pwodiksyon total espere 600 PW pik pulsasyon pouvwa. Travay sa a bay detay enpòtan ak rezilta rechèch sou pwojè XCELS la ak sistèm lazè li yo, ki dekri aplikasyon ak enpak potansyèl ki gen rapò ak entèraksyon limyè ultra-fò.
Pwogram XCELS te pwopoze an 2011 ak objektif inisyal la pou reyalize yon pik pouvwalazèpwodiksyon batman kè nan 200 PW, ki se kounye a modènize a 600 PW. Lisistèm lazèdepann sou twa teknoloji kle:
(1) Teknoloji Optical Parametric Chirped Pulse Anplifikasyon (OPCPA) yo itilize olye pou yo tradisyonèl Chirped Pulse Anplifikasyon (Chirped Pulse Anplifikasyon, OPCPA). CPA) teknoloji;
(2) Lè l sèvi avèk DKDP kòm mwayen benefis, matche faz ultra wideband reyalize tou pre 910 nm longèdonn;
(3) Yo itilize yon lazè vè neyodim gwo ouvèti ki gen yon enèji batman milye joul pou ponpe yon anplifikatè parametrik.
Se matche faz ultra-wideband lajman yo te jwenn nan kristal anpil epi yo itilize nan lazè femtosecond OPCPA. DKDP kristal yo itilize paske yo se sèlman materyèl yo te jwenn nan pratik ki ka grandi nan dè dizèn de santimèt Ouvèti epi an menm tan an gen kalite optik akseptab pou sipòte anplifikasyon pouvwa milti-PW.lazè. Yo jwenn ke lè kristal DKDP ponpe pa limyè frekans doub nan lazè vè ND la, si longèdonn batman anplifye a se 910 nm, twa premye tèm ekspansyon Taylor nan dezakò vektè vag yo se 0.
Figi 1 se yon layout schematic nan sistèm lazè XCELS la. Fen devan an te pwodwi pulsasyon femtosecond chirped ak yon longèdonn santral 910 nm (1.3 nan Figi 1) ak 1054 nm pulsasyon nanosegond sou fòm piki nan OPCPA ponpe lazè a (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 k ap fonksyone nan yon to repetisyon ki pi wo (1 Hz) anplifye batman kè a pou plizyè dizèn joul (2 nan Figi 1). Booster OPCPA a ogmante batman kè a plis nan yon sèl gwo bout bwa kilojoule epi divize an 12 sous-travès ki idantik (4 nan Figi 1). Nan 12 OPCPA final la, chak nan 12 pulsasyon limyè chirped yo anplifye nan nivo kilojoule (5 nan Figi 1) ak Lè sa a, konprese pa 12 griyaj konpresyon (GC nan 6 nan Figi 1). Se filtè dispèsyon pwogramasyon acousto-optik la itilize nan fen devan pou kontwole presizyon gwoup vitès dispèsyon ak dispèsyon lòd segondè, konsa tankou jwenn pi piti lajè batman kè posib. Spectre batman kè a gen yon fòm nan prèske 12yèm lòd supergauss, ak Pleasant nan spectral nan 1% nan valè a maksimòm se 150 nm, ki koresponn ak Fourier transfòme limit lajè batman kè a nan 17 fs. Lè ou konsidere konpansasyon dispèsyon enkonplè a ak difikilte pou konpansasyon faz ki pa lineyè nan anplifikatè parametrik, lajè batman kè espere se 20 fs.
Lazè XCELS la pral anplwaye de 8-chanèl UFL-2M neyodim vè lazè frekans double modil (3 nan Figi 1), nan ki 13 chanèl yo pral itilize ponpe OPCPA a Booster ak 12 OPCPA final. Twa chanèl ki rete yo pral itilize kòm endepandan nanosecond kilojoule enpulsyonèlsous lazèpou lòt eksperyans. Limite pa papòt la pann optik nan kristal DKDP yo, se entansite iradyasyon nan batman kè ponpe a mete nan 1.5 GW / cm2 pou chak chanèl ak dire a se 3.5 ns.
Chak kanal lazè XCELS pwodui pulsasyon ak yon pouvwa 50 PW. Yon total de 12 chanèl bay yon pouvwa pwodiksyon total de 600 PW. Nan chanm sib prensipal la, entansite maksimòm konsantre nan chak chanèl nan kondisyon ideyal se 0.44 × 1025 W / cm2, an konsideran ke F / 1 eleman konsantre yo itilize pou konsantre. Si batman kè chak chanèl plis konprese a 2.6 fs pa teknik pòs-konpresyon, pouvwa pwodiksyon korespondan batman kè a ap ogmante a 230 PW, ki koresponn ak entansite limyè a nan 2.0 × 1025 W / cm2.
Pou reyalize pi gwo entansite limyè, nan pwodiksyon 600 PW, pulsasyon limyè yo nan 12 chanèl yo pral konsantre nan jeyometri radyasyon dipol envès, jan yo montre nan Figi 2. Lè faz batman kè a nan chak chanèl pa fèmen, entansite konsantre a kapab. rive nan 9×1025 W/cm2. Si chak faz batman kè fèmen ak senkronize, entansite limyè ki koyeran rezilta a ap ogmante a 3.2 × 1026 W / cm2. Anplis de sal prensipal sib la, pwojè XCELS la gen ladann jiska 10 laboratwa itilizatè, yo chak resevwa youn oswa plis travès pou eksperyans. Sèvi ak jaden limyè ekstrèmman fò sa a, pwojè XCELS la planifye pou pote eksperyans nan kat kategori: pwosesis elektwodinamik pwopòsyon nan jaden lazè entans; Pwodiksyon an ak akselerasyon nan patikil; Jenerasyon radyasyon elektwomayetik segondè; Laboratwa astrofizik, pwosesis dansite enèji segondè ak rechèch dyagnostik.
FIG. 2 Konsantre jeyometri nan chanm sib prensipal la. Pou klè, glas parabolik gwo bout bwa 6 la mete nan transparan, epi travès yo antre ak pwodiksyon montre sèlman de chanèl 1 ak 7.
Figi 3 montre Layout espasyal chak zòn fonksyonèl nan sistèm lazè XCELS nan bilding eksperimantal la. Elektrisite, ponp vakyòm, tretman dlo, pirifikasyon ak èkondisyone yo sitiye nan sousòl la. Zòn total konstriksyon se plis pase 24,000 m2. Konsomasyon pouvwa total la se sou 7.5 MW. Bilding eksperimantal la konsiste de yon ankadreman an jeneral kre entèn ak yon seksyon ekstèn, yo chak bati sou de fondasyon dekouple. Vibwasyon an ak lòt sistèm ki pwovoke Vibration yo enstale sou fondasyon an vibwasyon izole, se konsa ke anplitid la nan twoub la transmèt nan sistèm nan 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, yo mete yon rezo makè referans jeodezi nan sal lazè a pou kontwole sistematikman drift tè a ak ekipman yo.
Pwojè XCELS la gen pou objaktif pou kreye yon gwo etablisman rechèch syantifik ki baze sou lazè pik pouvwa 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 plis depase pa 1025 W / cm2 ak teknoloji pòs-konpresyon. Pa dipol-konsantre pulsasyon soti nan 12 chanèl nan sistèm nan lazè, yon entansite fèmen nan 1026 W / cm2 ka reyalize menm san yo pa pòs-konpresyon ak faz bloke. Si faz senkronizasyon ant chanèl fèmen, entansite limyè a pral plizyè fwa pi wo. Sèvi ak entansite batman kè rekò sa yo ak layout travès milti-chanèl la, pwochen etablisman XCELS la pral kapab fè eksperyans ak entansite ekstrèmman wo, distribisyon konplèks jaden limyè, epi fè dyagnostik entèraksyon lè l sèvi avèk reyon lazè milti-chanèl ak radyasyon segondè. Sa a pral jwe yon wòl inik nan jaden an nan super-fò fizik eksperimantal jaden elektwomayetik.
Tan poste: Mar-26-2024