Baru -baru ini, Institut Fisika Terapan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia memperkenalkan Exawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), sebuah program penelitian untuk perangkat ilmiah besar berdasarkan dengan sangatLaser Daya Tinggi. Proyek ini mencakup pembangunan yang sangatLaser Daya TinggiBerdasarkan teknologi amplifikasi pulsa parametrik optik dalam potasium dideuterium fosfat bukaan besar (DKDP, formula kimia KD2PO4) kristal, dengan output total yang diharapkan dari 600 pulsa daya puncak pw. Pekerjaan ini memberikan detail penting dan temuan penelitian tentang proyek XCELS dan sistem lasernya, menggambarkan aplikasi dan dampak potensial yang terkait dengan interaksi lapangan cahaya yang sangat kuat.
Program Xcels diusulkan pada tahun 2011 dengan tujuan awal mencapai kekuatan puncaklaserOutput pulsa 200 PW, yang saat ini ditingkatkan menjadi 600 PW. DiaSistem Lasermengandalkan tiga teknologi utama:
(1) Teknologi Pulse Pulse Amplification (OPCPA) parametrik optik digunakan sebagai ganti amplifikasi pulsa berkicau tradisional (Amplifikasi Pulsa Berkelap, OPCPA). CPA) Teknologi;
(2) Menggunakan DKDP sebagai medium penguatan, pencocokan fase ultra lebar diwujudkan di dekat panjang gelombang 910 nm;
(3) Laser kaca neodymium bukaan besar dengan energi pulsa ribuan joule digunakan untuk memompa amplifier parametrik.
Pencocokan fase ultra-reband banyak ditemukan di banyak kristal dan digunakan dalam laser Femtosecond OPCPA. Kristal DKDP digunakan karena mereka adalah satu-satunya bahan yang ditemukan dalam praktik yang dapat ditanam hingga puluhan sentimeter aperture dan pada saat yang sama memiliki kualitas optik yang dapat diterima untuk mendukung amplifikasi daya multi-PWlaser. Ditemukan bahwa ketika kristal DKDP dipompa oleh cahaya frekuensi ganda dari laser kaca ND, jika panjang gelombang pembawa pulsa yang diamplifikasi adalah 910 nm, tiga istilah pertama dari ekspansi Taylor dari ketidakcocokan gelombang vektor adalah 0.
Gambar 1 adalah tata letak skematis dari sistem laser Xcels. Ujung depan menghasilkan pulsa femtosecond berkicau dengan panjang gelombang pusat 910 nm (1,3 pada Gambar 1) dan 1054 nm pulsa nanosecond yang disuntikkan ke laser yang dipompa OPCPA (1.1 dan 1.2 pada Gambar 1). Ujung depan juga memastikan sinkronisasi pulsa ini serta parameter energi dan spatiotemporal yang diperlukan. OPCPA menengah yang beroperasi pada tingkat pengulangan yang lebih tinggi (1 Hz) memperkuat pulsa berkicau ke puluhan joule (2 pada Gambar 1). Pulsa selanjutnya diperkuat oleh booster OPCPA menjadi balok kilojoule tunggal dan dibagi menjadi 12 sub-balok yang identik (4 pada Gambar 1). Dalam 12 OPCPA terakhir, masing -masing dari 12 pulsa cahaya berkicau diamplifikasi ke tingkat kilojoule (5 pada Gambar 1) dan kemudian dikompresi oleh 12 kisi -kisi kompresi (GC 6 pada Gambar 1). Filter dispersi yang dapat diprogram akusto-optik digunakan di ujung depan untuk secara tepat mengontrol dispersi kecepatan kelompok dan dispersi orde tinggi, sehingga dapat memperoleh lebar pulsa sekecil mungkin. Spektrum pulsa memiliki bentuk Supergauss hampir ke-12, dan bandwidth spektral pada 1% dari nilai maksimum adalah 150 nm, sesuai dengan lebar pulsa batas transformasi Fourier 17 fs. Mempertimbangkan kompensasi dispersi yang tidak lengkap dan kesulitan kompensasi fase nonlinier dalam amplifier parametrik, lebar pulsa yang diharapkan adalah 20 fs.
Laser Xcels akan menggunakan dua modul penggandaan frekuensi laser kaca Neodymium 8-Channel UFL-2M (3 pada Gambar 1), di mana 13 saluran akan digunakan untuk memompa booster OPCPA dan 12 OPCPA akhir. Tiga saluran yang tersisa akan digunakan sebagai kilojoule nanosecond independen berdenyutSumber Laseruntuk percobaan lain. Dibatasi oleh ambang batas kerusakan optik dari kristal DKDP, intensitas iradiasi pulsa yang dipompa diatur ke 1,5 GW/cm2 untuk setiap saluran dan durasinya adalah 3,5 ns.
Setiap saluran laser Xcels menghasilkan pulsa dengan kekuatan 50 PW. Sebanyak 12 saluran memberikan daya output total 600 PW. Di ruang target utama, intensitas fokus maksimum dari setiap saluran dalam kondisi ideal adalah 0,44 × 1025 W/cm2, dengan asumsi bahwa elemen fokus f/1 digunakan untuk fokus. Jika pulsa dari setiap saluran lebih lanjut dikompresi menjadi 2,6 fs dengan teknik pasca-kompresi, daya pulsa output yang sesuai akan ditingkatkan menjadi 230 PW, sesuai dengan intensitas cahaya 2,0 × 1025 W/cm2.
Untuk mencapai intensitas cahaya yang lebih besar, pada output 600 PW, pulsa cahaya di 12 saluran akan difokuskan dalam geometri radiasi dipol terbalik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Ketika fase pulsa di setiap saluran tidak terkunci, intensitas fokus dapat mencapai 9 × 1025 W/cm2. Jika setiap fase pulsa terkunci dan disinkronkan, intensitas cahaya yang dihasilkan koheren akan ditingkatkan menjadi 3,2 × 1026 W/cm2. Selain ruang target utama, proyek XCELS mencakup hingga 10 laboratorium pengguna, masing -masing menerima satu atau lebih balok untuk percobaan. Menggunakan bidang cahaya yang sangat kuat ini, proyek XCELS berencana untuk melakukan percobaan dalam empat kategori: proses elektrodinamika kuantum di bidang laser yang intens; Produksi dan percepatan partikel; Generasi radiasi elektromagnetik sekunder; Astrofisika laboratorium, proses kepadatan energi tinggi dan penelitian diagnostik.
ARA. 2 Memfokuskan geometri di ruang target utama. Untuk kejelasan, cermin parabola dari balok 6 diatur ke transparan, dan balok input dan output hanya menunjukkan dua saluran 1 dan 7
Gambar 3 menunjukkan tata letak spasial dari masing -masing area fungsional sistem laser Xcels di gedung eksperimental. Listrik, pompa vakum, pengolahan air, pemurnian dan pendingin udara terletak di ruang bawah tanah. Total area konstruksi lebih dari 24.000 m2. Total konsumsi daya adalah sekitar 7,5 mW. Bangunan eksperimental terdiri dari kerangka keseluruhan berongga internal dan bagian eksternal, masing -masing dibangun di atas dua fondasi yang dipisahkan. Sistem vakum dan getaran lainnya dipasang pada fondasi yang terisolasi getaran, sehingga amplitudo gangguan yang ditransmisikan ke sistem laser melalui fondasi dan dukungan dikurangi menjadi kurang dari 10-10 G2/Hz dalam kisaran frekuensi 1-200 Hz. Selain itu, jaringan penanda referensi geodesik diatur di aula laser untuk secara sistematis memantau penyimpangan tanah dan peralatan.
Proyek Xcels bertujuan untuk membuat fasilitas penelitian ilmiah besar berdasarkan laser daya puncak yang sangat tinggi. Satu saluran sistem laser Xcels dapat memberikan intensitas cahaya yang terfokus beberapa kali lebih tinggi dari 1024 W/cm2, yang dapat lebih jauh melebihi 1025 W/cm2 dengan teknologi pasca kompresi. Dengan pulsa pemfokusan dipol dari 12 saluran dalam sistem laser, intensitas yang mendekati 1026 W/cm2 dapat dicapai bahkan tanpa penguncian pasca-kompresi dan fase. Jika sinkronisasi fase antara saluran terkunci, intensitas cahaya akan beberapa kali lebih tinggi. Dengan menggunakan intensitas pulsa pemecahan rekor ini dan tata letak balok multi-saluran, fasilitas Xcels di masa depan akan dapat melakukan percobaan dengan intensitas yang sangat tinggi, distribusi lapangan cahaya yang kompleks, dan mendiagnosis interaksi menggunakan balok laser multi-saluran dan radiasi sekunder. Ini akan memainkan peran unik di bidang fisika eksperimental medan elektromagnetik super-kuat.
Waktu posting: Mar-26-2024