לעצטנס, האט דער אינסטיטוט פון אנגעווענדטע פיזיק פון דער רוסישער אקאדעמיע פון וויסנשאפטן פארגעשטעלט דעם eXawatt צענטער פאר עקסטרעמע ליכט שטודיע (XCELS), א פארשונג פראגראם פאר גרויסע וויסנשאפטלעכע דעווייסעס באזירט אויף עקסטרעמע ליכטהויך-מאַכט לייזערסדאס פראיעקט נעמט אריין די קאנסטרוקציע פון א זייערהויך-מאַכט לאַזערבאַזירט אויף אָפּטיש פּאַראַמעטרישער טשירפּט פּולס אַמפּליפיקאַציע טעכנאָלאָגיע אין גרויסע אַפּערטור פּאָטאַסיום דידעוטעריום פאָספֿאַט (DKDP, כעמישע פֿאָרמולע KD2PO4) קריסטאַלן, מיט אַן ערוואַרטעטע גאַנץ רעזולטאַט פון 600 PW שפּיץ מאַכט פּולסן. די אַרבעט גיט וויכטיקע דעטאַלן און פאָרשונג רעזולטאַטן וועגן דעם XCELS פּראָיעקט און זייַנע לאַזער סיסטעמען, באַשרײַבענדיק אַפּליקאַציעס און פּאָטענציעלע ימפּאַקץ פֿאַרבונדן מיט גאָר שטאַרקע ליכט פֿעלד ינטעראַקשאַנז.
די XCELS פּראָגראַם איז פארגעשלאגן געוואָרן אין 2011 מיטן ערשטן ציל צו דערגרייכן אַ שפּיץ-מאַכט.לאַזערפּולס אַרויסגאַנג פון 200 PW, וואָס איז איצט אַפּגרעידעד צו 600 PW. עס איזלאַזער סיסטעםבאזירט זיך אויף דריי שליסל טעכנאָלאָגיעס:
(1) אָפּטישע פּאַראַמעטרישע טשירפּט פּולס אַמפּליפיקאַציע (OPCPA) טעכנאָלאָגיע ווערט גענוצט אַנשטאָט טראַדיציאָנעלע טשירפּט פּולס אַמפּליפיקאַציע (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) טעכנאָלאָגיע;
(2) ניצנדיק DKDP אלס די געווינס מעדיום, ווערט אולטרא ברייטבאנד פאזע מעטשינג רעאליזירט לעבן 910 נאַנאָמעטער כוואַליע;
(3) א גרויסער אפערטור נעאָדימיום גלאז לאַזער מיט אַ פּולס ענערגיע פון טויזנטער דזשולס ווערט גענוצט צו פּאָמפּן אַ פּאַראַמעטרישן אַמפּליפייער.
אולטרא-ברייטבאנד פאזע מעטשינג איז ברייט געפונען אין פילע קריסטאלן און ווערט גענוצט אין OPCPA פעמטאסעקונד לאזערס. DKDP קריסטאלן ווערן גענוצט ווייל זיי זענען דער איינציגער מאטעריאל געפונען אין פראקטיק וואס קען ווערן געוואקסן צו צענדליקער סענטימעטער פון אפערטור און אין דער זעלבער צייט האבן אקצעפטירבארע אפטישע אייגנשאפטן צו שטיצן די פארשטארקונג פון מולטי-PW מאכט.לייזערסמען האט געפונען אז ווען דער DKDP קריסטאל ווערט געפאמפעט דורך דעם דאפעלטן פרעקווענץ ליכט פון דעם ND גלאז לאזער, אויב די טרעגער כוואליע-לענג פון דעם פארשטארקטן פולס איז 910 נאַנאָמעטער, זענען די ערשטע דריי טערמינען פון דער טיילער אויסברייטונג פון דעם כוואליע וועקטאָר אומגלייכבארקייט 0.
פיגור 1 איז א סכעמאטישע אויסשטעל פון די XCELS לייזער סיסטעם. די פראנט ענד האט גענערירט געציִרטע פעמטאָסעקונד פּולסן מיט א צענטראלער כוואַליע לענג פון 910 נאַנאָמעטער (1.3 אין פיגור 1) און 1054 נאַנאָמעטער נאַנאָסעקונד פּולסן אינדזשעקטעד אין די OPCPA פּאָמפּט לייזער (1.1 און 1.2 אין פיגור 1). די פראנט ענד זיכערט אויך די סינקראָניזאַציע פון די פּולסן ווי אויך די פארלאנגטע ענערגיע און ספּאַציאָטעמפּאָראַל פּאַראַמעטערס. אן אינטערמידייט OPCPA וואָס אַרבעט מיט א העכערער רעפּעטיציע קורס (1 הערץ) פארשטארקט די געציִרטע פּולס צו צענדליקער דזשולס (2 אין פיגור 1). די פּולס ווערט ווייטער פארשטארקט דורך די בוסטער OPCPA אין אן איינציקן קילאָדזשול שטראַל און צעטיילט אין 12 אידענטישע סוב-שטראַלן (4 אין פיגור 1). אין די לעצטע 12 OPCPA, ווערט יעדער פון די 12 געציִרטע ליכט פּולסן פארשטארקט צו דעם קילאָדזשול לעוועל (5 אין פיגור 1) און דערנאך קאָמפּרעסט דורך 12 קאָמפּרעסיע גראַטינגז (GC פון 6 אין פיגור 1). דער אַקוסטאָ-אָפּטישער פּראָגראַמירבארער דיספּערזיע פילטער ווערט גענוצט אין פראָנט ענד צו פּינקטלעך קאָנטראָלירן גרופּע גיכקייט דיספּערזיע און הויך-אָרדענונג דיספּערזיע, כּדי צו באַקומען די קלענסטע מעגלעכע פּולס ברייט. דער פּולס ספּעקטרום האט אַ פאָרעם פון כּמעט 12טן-אָרדענונג סופּערגאַוס, און די ספּעקטראַלע באַנדווידט ביי 1% פון די מאַקסימום ווערט איז 150 נם, וואָס קאָרעספּאָנדירט צו דער פוריע טראַנספאָרמאַציע לימיט פּולס ברייט פון 17 פֿס. באַטראַכטנדיק די אומפֿולשטענדיקע דיספּערזיע קאָמפּענסאַציע און די שוועריקייט פון ניט-לינעאַרע פֿאַזע קאָמפּענסאַציע אין פּאַראַמעטרישע אַמפּליפייערז, איז די ערוואַרטעטע פּולס ברייט 20 פֿס.
דער XCELS לאַזער וועט נוצן צוויי 8-קאַנאַל UFL-2M נעאָדימיום גלאָז לאַזער פרעקווענץ דאַבלינג מאָדולן (3 אין פיגור 1), פון וועלכע 13 קאַנאַלן וועלן ווערן גענוצט צו פּאָמפּן די בוסטער OPCPA און 12 לעצט OPCPA. די איבעריקע דריי קאַנאַלן וועלן ווערן גענוצט ווי אומאָפּהענגיקע נאַנאָסעקונד קילאָדזשול פּולסירטע.לאַזער קוועלערפֿאַר אַנדערע עקספּערימענטן. באַגרענעצט דורך די אָפּטישע ברייקדאַון שוועל פון די DKDP קריסטאַלן, די באַשטראַלונג אינטענסיטעט פון די פּאָמפּט פּולס איז געשטעלט צו 1.5 GW/cm2 פֿאַר יעדן קאַנאַל און די געדויער איז 3.5 ns.
יעדער קאַנאַל פֿון דעם XCELS לאַזער פּראָדוצירט פּולסן מיט אַ מאַכט פֿון 50 PW. אַ סך־הכּל פֿון 12 קאַנאַלן גיבן אַ גאַנצע אַרויסגאַנג־מאַכט פֿון 600 PW. אין דער הויפּט־ציל־קאַמער, איז די מאַקסימום פֿאָקוס־אינטענסיטעט פֿון יעדן קאַנאַל אונטער אידעאַלע באַדינגונגען 0.44×1025 W/cm2, אויב מיר נעמען אָן אַז F/1 פֿאָקוס־עלעמענטן ווערן גענוצט פֿאַר פֿאָקוסירן. אויב דער פּולס פֿון יעדן קאַנאַל ווערט ווייטער קאָמפּרעסירט צו 2.6 fs דורך נאָך־קאָמפּרעסיע־טעכניק, וועט די קאָרעספּאָנדירנדיקע אַרויסגאַנג־פּולס־מאַכט ווערן פֿאַרגרעסערט צו 230 PW, וואָס קאָרעספּאָנדירט צו דער ליכט־אינטענסיטעט פֿון 2.0×1025 W/cm2.
כדי צו דערגרייכן גרעסערע ליכט אינטענסיטעט, ביי 600 PW אויסגאבע, וועלן די ליכט פּולסן אין די 12 קאַנאַלן זיין פאָקוסירט אין דער געאָמעטריע פון ינווערס דיפּאָל ראַדיאַציע, ווי געוויזן אין פיגור 2. ווען די פּולס פאַזע אין יעדן קאַנאַל איז נישט פארשפארט, קען די פאָקוס אינטענסיטעט דערגרייכן 9×1025 W/cm2. אויב יעדע פּולס פאַזע איז פארשפארט און סינגקראָניזירט, וועט די קאָוכירענט רעזולטאַט ליכט אינטענסיטעט ווערן געוואקסן צו 3.2×1026 W/cm2. אין אַדישאַן צו די הויפּט ציל צימער, כולל דער XCELS פּראָיעקט ביז 10 באַניצער לאַבאָראַטאָריעס, יעדער באַקומט איין אָדער מער שטראַלן פֿאַר עקספּערימענטן. ניצנדיק דעם גאָר שטאַרקן ליכט פעלד, פּלאַנירט דער XCELS פּראָיעקט צו דורכפירן עקספּערימענטן אין פיר קאַטעגאָריעס: קוואַנטום עלעקטראָדינאַמיק פּראָצעסן אין אינטענסיווע לאַזער פעלדער; די פּראָדוקציע און אַקסעלעריישאַן פון פּאַרטיקאַלז; די דזשענעריישאַן פון צווייטיק עלעקטראָמאַגנעטישע ראַדיאַציע; לאַבאָראַטאָריע אַסטראָפֿיזיק, הויך ענערגיע געדיכטקייַט פּראָצעסן און דיאַגנאָסטיק פאָרשונג.
פיג. 2 פאָקוסירנדיקע געאמעטריע אין דער הויפּט ציל קאַמער. פֿאַר קלארקייט, דער פּאַראַבאָלישער שפּיגל פֿון שטראַל 6 איז געשטעלט צו טראַנספּאַרענט, און די אַרייַנגאַנג און אַרויסגאַנג שטראַלן ווייַזן בלויז צוויי קאַנאַלן 1 און 7.
פיגור 3 ווייזט די ספעציעלע אויסשטעל פון יעדן פונקציאנעלן שטח פון די XCELS לייזער סיסטעם אין דעם עקספערימענטאלן בנין. עלעקטריע, וואקיום פאמפעס, וואסער באהאנדלונג, רייניקונג און לופטקילונג געפינען זיך אין קעלער. די גאנצע קאנסטרוקציע שטח איז מער ווי 24,000 מ². די גאנצע מאכט פארברויך איז בערך 7.5 מעגאוואט. די עקספערימענטאלע בנין באשטייט פון אן אינערליכן ליידיגן גאנצן ראם און אן אויסערליכן סעקציע, יעדער געבויט אויף צוויי אפגעקאפלטע פונדאמענטן. די וואקיום און אנדערע וויבראציע-אינדוצירנדיקע סיסטעמען זענען אינסטאלירט אויף דער וויבראציע-איזאלירטער פונדאמענט, אזוי אז די אמפליטודע פון דער שטערונג וואס ווערט טראנסמיטירט צום לייזער סיסטעם דורך דער פונדאמענט און שטיצע ווערט רעדוצירט צו ווייניגער ווי 10-10 ג²/הרץ אין דער פרעקווענץ קייט פון 1-200 הערץ. דערצו, א נעץ פון געאדעזישע רעפערענץ מארקערס איז אויפגעשטעלט אין דער לייזער זאל צו סיסטעמאטיש מאניטארירן די דריפט פון דער ערד און עקוויפמענט.
דאס XCELS פראיעקט צילט צו שאפן א גרויסע וויסנשאפטלעכע פארשונג פאסיליטעט באזירט אויף גאר הויכע שפיץ-מאכט לאזערס. איין קאנאל פון די XCELS לאזער סיסטעם קען צושטעלן א פאקוסירטע ליכט אינטענסיטעט עטליכע מאל העכער ווי 1024 W/cm2, וואס קען ווייטער איבערגעשטיגן ווערן מיט 1025 W/cm2 מיט נאך-קאמפרעסיע טעכנאלאגיע. דורך דיפאל-פאקוסירנדע פאלסן פון 12 קאנאלן אין די לאזער סיסטעם, קען מען דערגרייכן אן אינטענסיטעט נאנט צו 1026 W/cm2 אפילו אן נאך-קאמפרעסיע און פאזע לאקינג. אויב די פאזע סינקראניזאציע צווישן קאנאלן איז פארשפארט, וועט די ליכט אינטענסיטעט זיין עטליכע מאל העכער. ניצנדיג די רעקארד-ברעכנדע פאלס אינטענסיטעטן און די מולטי-קאנאל שטראל אויסלייג, וועט די צוקונפטיגע XCELS פאסיליטעט קענען דורכפירן עקספערימענטן מיט גאר הויכע אינטענסיטעט, קאמפלעקסע ליכט פעלד פארשפרייטונגען, און דיאגנאזירן אינטעראקציעס ניצנדיג מולטי-קאנאל לאזער שטראלן און צווייטיקע שטראלונג. דאס וועט שפילן א יוניקע ראלע אין די פעלד פון סופער-שטארקע עלעקטראמאגנעטישע פעלד עקספערימענטאלע פיזיק.
פּאָסט צייט: 26סטן מערץ 2024