לעצטנס, דער אינסטיטוט פון אַפּפּליעד פיזיק פון די רוסישע אַקאַדעמי פון ססיענסעס ינטראָודוסט די eXawatt צענטער פֿאַר עקסטרעם ליכט לערנען (XCELS), אַ פאָרשונג פּראָגראַם פֿאַר גרויס וויסנשאפטלעכע דעוויסעס באזירט אויף גאָרהויך מאַכט לייזערז. די פּרויעקט כולל די קאַנסטראַקשאַן פון אַ זייערהויך מאַכט לאַזערבאזירט אויף אָפּטיש פּאַראַמעטריק טשירפּט דויפעק אַמפּלאַפאַקיישאַן טעכנאָלאָגיע אין גרויס עפענונג פּאַטאַסיאַם דידעוטעריום פאָספאַטע (DKDP, כעמיש פאָרמולע KD2PO4) קריסטאַלז, מיט אַ דערוואַרט גאַנץ רעזולטאַט פון 600 פּוו שפּיץ מאַכט פּאַלסיז. די אַרבעט גיט וויכטיק דעטאַילס און פאָרשונג פיינדינגז וועגן די XCELS פּרויעקט און זייַן לאַזער סיסטעמען, דיסקרייבינג אַפּלאַקיישאַנז און פּאָטענציעל ימפּאַקץ שייַכות צו הינטער-שטאַרק ליכט פעלד ינטעראַקשאַנז.
די XCELS פּראָגראַם איז געווען פארגעלייגט אין 2011 מיט דער ערשט ציל צו דערגרייכן אַ שפּיץ מאַכטלאַזערדויפעק רעזולטאַט פון 200 PW, וואָס איז דערווייַל אַפּגריידיד צו 600 PW. זייַןלאַזער סיסטעםרילייז אויף דריי שליסל טעקנאַלאַדזשיז:
(1) אָפּטיש פּאַראַמעטריק טשירפּט דויפעק אַמפּלאַפאַקיישאַן (OPCPA) טעכנאָלאָגיע איז געניצט אַנשטאָט פון טראדיציאנעלן טשירפּט דויפעק אַמפּלאַפאַקיישאַן (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). קפּאַ) טעכנאָלאָגיע;
(2) ניצן DKDP ווי די געווינס מיטל, הינטער וויידבאַנד פאַסע וואָס ריכטן איז איינגעזען לעבן 910 נם ווייוולענגט;
(3) א גרויס עפענונג נעאָדימיום גלאז לאַזער מיט אַ דויפעק ענערגיע פון טויזנטער פון דזשאָולעס איז געניצט צו פּאָמפּע אַ פּאַראַמעטריק אַמפּלאַפייער.
הינטער-ווידעבאַנד פאַסע וואָס ריכטן איז וויידלי געפֿונען אין פילע קריסטאַלז און איז געניצט אין OPCPA פעמטאָסעקאָנד לייזערז. DKDP קריסטאַלז זענען געניצט ווייַל זיי זענען די בלויז מאַטעריאַל געפונען אין פיר וואָס קענען זיין דערוואַקסן צו טענס פון סענטימעטער פון עפענונג און אין דער זעלביקער צייט האָבן פּאַסיק אָפּטיש קוואַלאַטיז צו שטיצן די אַמפּלאַפאַקיישאַן פון Multi-PW מאַכט.לייזערז. עס איז געפונען אַז ווען די DKDP קריסטאַל איז פּאַמפּט דורך די טאָפּל אָפטקייַט ליכט פון די ND גלאז לאַזער, אויב די טרעגער ווייוולענגט פון די אַמפּלאַפייד דויפעק איז 910 נם, די ערשטער דריי טערמינען פון די טיילער יקספּאַנשאַן פון די כוואַליע וועקטאָר מיסמאַטש זענען 0.
פיגור 1 איז אַ סכעמאַטיש אויסלייג פון די XCELS לאַזער סיסטעם. די פראָנט סוף דזשענערייטאַד טשערפּט פעמטאָסעקאַנד פּאַלסיז מיט אַ הויפט ווייוולענגט פון 910 נם (1.3 אין פיגורע 1) און 1054 nm נאַנאָסעקאָנד פּאַלסיז ינדזשעקטיד אין די OPCPA פּאַמפּט לאַזער (1.1 און 1.2 אין פיגורע 1). די פראָנט סוף אויך ינשורז די סינגקראַנאַזיישאַן פון די פּאַלסיז ווי געזונט ווי די פארלאנגט ענערגיע און ספּאַטיאָטעמפּאָראַל פּאַראַמעטערס. אַ ינטערמידייט OPCPA אַפּערייטינג מיט אַ העכער יבערכאַזערונג קורס (1 הז) אַמפּלאַפייז די טשערפּט דויפעק צו טענס פון דזשאָולז (2 אין פיגורע 1). דער דויפעק איז ווייַטער אַמפּלאַפייד דורך די בוסטער OPCPA אין אַ איין קילאָגאָולע שטראַל און צעטיילט אין 12 יידעניקאַל סאַב-בימז (4 אין פיגורע 1). אין די לעצטע 12 OPCPA, יעדער פון די 12 טשערפּט ליכט פּאַלסיז איז אַמפּלאַפייד צו די קילאָגאָולע מדרגה (5 אין פיגורע 1) און דערנאָך קאַמפּרעסט דורך 12 קאַמפּרעשאַן גראַץ (GC פון 6 אין פיגורע 1). די אַקוסטאָ-אָפּטיק פּראָוגראַמאַבאַל דיספּערסיאָן פילטער איז געניצט אין די פראָנט סוף צו פּונקט קאָנטראָלירן די דיספּערסיאָן פון די גרופּע גיכקייַט און די דיספּערשאַן פון הויך סדר, אַזוי צו באַקומען די קלענסטער מעגלעך דויפעק ברייט. די דויפעק ספּעקטרום האט אַ פאָרעם פון קימאַט 12-סדר סופּערגאַוסס, און די ספּעקטראַל באַנדווידט ביי 1% פון די מאַקסימום ווערט איז 150 נם, קאָראַספּאַנדינג צו די פאָוריער יבערמאַכן שיעור דויפעק ברייט פון 17 fs. קאָנסידערינג די דערענדיקט דיספּערשאַן פאַרגיטיקונג און די שוועריקייט פון ניט-לינעאַר פאַסע פאַרגיטיקונג אין פּאַראַמעטריק אַמפּלאַפייערז, די דערוואַרט דויפעק ברייט איז 20 fs.
די XCELS לאַזער וועט נוצן צוויי 8-קאַנאַל UFL-2M נעאָדימיום גלאז לאַזער אָפטקייַט דאַבלינג מאַדזשולז (3 אין פיגורע 1), פון וואָס 13 טשאַנאַלז וועט זיין געניצט צו פּאָמפּע די בוסטער OPCPA און 12 לעצט OPCPA. די רוען דריי טשאַנאַלז וועט זיין גענוצט ווי פרייַ נאַנאָסעקאָנד קילאָגאָולע פּולסעדלאַזער קוואלןפֿאַר אנדערע יקספּעראַמאַנץ. לימיטעד דורך די אָפּטיש ברייקדאַון שוועל פון די DKDP קריסטאַלז, די יריידייישאַן ינטענסיטי פון די פּאַמפּט דויפעק איז באַשטימט צו 1.5 GW / cm2 פֿאַר יעדער קאַנאַל און די געדויער איז 3.5 ns.
יעדער קאַנאַל פון די XCELS לאַזער טראגט פּאַלסיז מיט אַ מאַכט פון 50 פּוו. א גאַנץ פון 12 טשאַנאַלז צושטעלן אַ גאַנץ רעזולטאַט מאַכט פון 600 פּוו. אין די הויפּט ציל קאַמער, די מאַקסימום פאָוקיסינג ינטענסיטי פון יעדער קאַנאַל אונטער ידעאַל טנאָים איז 0.44 × 1025 וו / קמ 2, אַסומינג אַז F / 1 פאָוקיסינג עלעמענטן זענען געניצט פֿאַר פאָוקיסינג. אויב דער דויפעק פון יעדער קאַנאַל איז ווייַטער קאַמפּרעסט צו 2.6 fs דורך פּאָסט-קאַמפּרעשאַן טעכניק, די קאָראַספּאַנדינג רעזולטאַט דויפעק מאַכט וועט זיין געוואקסן צו 230 PW, קאָראַספּאַנדינג צו די ליכט ינטענסיטי פון 2.0 × 1025 וו/cm2.
צו דערגרייכן אַ גרעסערע ליכט ינטענסיטי, ביי 600 PW רעזולטאַט, די ליכט פּאַלסיז אין די 12 טשאַנאַלז וועט זיין פאָוקיסט אין די דזשיאַמאַטרי פון פאַרקערט דיפּאָלע ראַדיאַציע, ווי געוויזן אין פיגורע 2. ווען די דויפעק פאַסע אין יעדער קאַנאַל איז נישט פארשפארט, די פאָקוס ינטענסיטי קענען דערגרייכן 9×1025 וו/קם2. אויב יעדער דויפעק פאַסע איז פארשפארט און סינגקראַנייזד, די קאָוכיראַנט ריזאַלטינג ליכט ינטענסיטי וועט זיין געוואקסן צו 3.2 × 1026 וו / סענטימעטער 2. אין אַדישאַן צו די הויפּט ציל צימער, די XCELS פּרויעקט ינקלודז אַרויף צו 10 באַניצער לאַבאָראַטאָריעס, יעדער באקומען איינער אָדער מער בימז פֿאַר יקספּעראַמאַנץ. ניצן דעם גאָר שטאַרק ליכט פעלד, די XCELS פּרויעקט פּלאַנז צו דורכפירן יקספּעראַמאַנץ אין פיר קאַטעגאָריעס: קוואַנטום עלעקטראָדינאַמיק פּראַסעסאַז אין טיף לאַזער פעלדער; פּראָדוקציע און אַקסעלעריישאַן פון פּאַרטיקאַלז; די דור פון צווייטיק ילעקטראָומאַגנעטיק ראַדיאַציע; לאַבאָראַטאָריע אַסטראָפיסיקס, הויך ענערגיע געדיכטקייַט פּראַסעסאַז און דיאַגנאָסטיק פאָרשונג.
FIG. 2 פאָקוסינג דזשיאַמאַטרי אין די הויפּט ציל קאַמער. פֿאַר קלעריטי, די פּאַראַבאַליק שפּיגל פון שטראַל 6 איז באַשטימט צו טראַנספּעראַנט, און די אַרייַנשרייַב און רעזולטאַט בימז ווייַזן בלויז צוויי טשאַנאַלז 1 און 7
פיגורע 3 ווייזט די ספּיישאַל אויסלייג פון יעדער פאַנגקשאַנאַל געגנט פון די XCELS לאַזער סיסטעם אין די יקספּערמענאַל בנין. עלעקטרע, וואַקוום פּאַמפּס, וואַסער באַהאַנדלונג, רייניקונג און לופטקילונג זענען ליגן אין די קעלער. די גאַנץ קאַנסטראַקשאַן שטח איז מער ווי 24,000 מ 2. די גאַנץ מאַכט קאַנסאַמשאַן איז וועגן 7.5 MW. די יקספּערמענאַל בנין באשטייט פון אַ ינערלעך פּוסט קוילעלדיק ראַם און אַ פונדרויסנדיק אָפּטיילונג, יעדער געבויט אויף צוויי דיקאָופּאַלד יסודות. די וואַקוום און אנדערע ווייבריישאַן-ינדוסינג סיסטעמען זענען אינסטאַלירן אויף די ווייבריישאַן-אפגעזונדערט יסוד, אַזוי אַז די אַמפּליטוד פון די שטערונג טראַנסמיטטעד צו די לאַזער סיסטעם דורך די יסוד און שטיצן איז רידוסט צו ווייניקער ווי 10-10 ג 2 / הז אין די אָפטקייַט קייט פון 1-200 הז. אין אַדישאַן, אַ נעץ פון געאָדעסיק רעפֿערענץ מאַרקערס איז געגרינדעט אין די לאַזער זאַל צו סיסטאַמאַטיקלי מאָניטאָר די דריפט פון דער ערד און ויסריכט.
די XCELS פּרויעקט יימז צו שאַפֿן אַ גרויס וויסנשאפטלעכע פאָרשונג מעכירעס באזירט אויף גאָר הויך שפּיץ מאַכט לייזערז. איין קאַנאַל פון די XCELS לאַזער סיסטעם קען צושטעלן אַ פאָוקיסט ליכט ינטענסיטי עטלעכע מאָל העכער ווי 1024 וו/קמ2, וואָס קענען זיין ווייַטער יקסידיד דורך 1025 וו/קמ2 מיט פּאָסט-קאַמפּרעשאַן טעכנאָלאָגיע. דורך דיפּאָלע-פאָוקיסינג פּאַלסיז פון 12 טשאַנאַלז אין די לאַזער סיסטעם, אַ ינטענסיטי נאָענט צו 1026 וו / קמ 2 קענען זיין אַטשיווד אפילו אָן פּאָסט-קאַמפּרעשאַן און פאַסע לאַקינג. אויב די פאַסע סינגקראַנאַזיישאַן צווישן טשאַנאַלז איז פארשפארט, די ליכט ינטענסיטי וועט זיין עטלעכע מאָל העכער. ניצן די רעקאָרד-ברייקינג דויפעק ינטענסאַטיז און די מאַלטי-קאַנאַל שטראַל אויסלייג, די צוקונפֿט XCELS מעכירעס וועט קענען צו דורכפירן יקספּעראַמאַנץ מיט גאָר הויך ינטענסיטי, קאָמפּלעקס ליכט פעלד דיסטריביושאַנז, און דיאַגנאָזירן ינטעראַקשאַנז ניצן מאַלטי-קאַנאַל לאַזער בימז און צווייטיק ראַדיאַציע. דאָס וועט שפּילן אַ יינציק ראָלע אין די פעלד פון סופּער-שטאַרק יקספּערמענאַל פיזיק פון ילעקטראָומאַגנעטיק פעלד.
פּאָסטן צייט: מערץ 26-2024