Саяхан ОХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн Хэрэглээний физикийн хүрээлэн нь хэт гэрлийн судалгаанд суурилсан eXawatt төвийг (XCELS) танилцуулав.өндөр хүчин чадалтай лазерууд. Төслийн хүрээнд маш ихөндөр хүчин чадалтай лазерТом нүхтэй калийн дидейтерийн фосфатын (DKDP, химийн томъёо KD2PO4) талстууд дахь оптик параметрийн chirped импульс өсгөх технологид суурилсан, хүлээгдэж буй нийт гаралт нь 600 PW оргил импульсийн хүчин чадалтай. Энэхүү бүтээл нь XCELS төсөл болон түүний лазер системүүдийн талаарх чухал дэлгэрэнгүй мэдээлэл, судалгааны үр дүнгүүдийг агуулсан бөгөөд хэт хүчтэй гэрлийн талбайн харилцан үйлчлэлтэй холбоотой хэрэглээ болон болзошгүй нөлөөллийг тайлбарласан болно.
XCELS хөтөлбөрийг 2011 онд санал болгосон бөгөөд анхны зорилго нь оргил хүчин чадалд хүрэх явдал юм.лазер200 PW-ийн импульсийн гаралт, одоогийн байдлаар 600 PW хүртэл шинэчлэгдсэн. Түүнийлазер системгурван үндсэн технологид тулгуурладаг:
(1) Уламжлалт Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA)-ийн оронд оптик параметрийн чихтэй импульсийн өсгөлтийн (OPCPA) технологийг ашигладаг. CPA) технологи;
(2) DKDP-ийг ашиг олох орчин болгон ашигласнаар 910 нм долгионы урттай хэт өргөн зурвасын фазын тохируулга хийгддэг;
(3) Параметрийн өсгөгчийг шахахад олон мянган жоуль импульсийн энерги бүхий том нүхтэй неодим шилэн лазерыг ашигладаг.
Хэт өргөн зурвасын фазын тохируулга нь олон талстуудад өргөн тархсан бөгөөд OPCPA фемтосекунд лазеруудад ашиглагддаг. DKDP талстуудыг ашигладаг, учир нь эдгээр нь практикт олдсон цорын ганц материал бөгөөд хэдэн арван см нүх хүртэл ургах боломжтой бөгөөд нэгэн зэрэг олон хүчин чадалтай хүчийг нэмэгдүүлэхэд тохиромжтой оптик шинж чанартай байдаг.лазерууд. DKDP болорыг ND шилэн лазерын давхар давтамжийн гэрлээр шахах үед олшруулсан импульсийн дамжуулагчийн долгионы урт 910 нм бол долгионы векторын үл нийцэх Тейлор тэлэлтийн эхний гурван гишүүн 0 байна.
Зураг 1 нь XCELS лазер системийн бүдүүвч зураглал юм. Урд хэсэг нь 910 нм (Зураг 1-д 1.3) төвийн долгионы урттай, 1054 нм наносекундын импульсуудыг OPCPA шахуургатай лазерт (Зураг 1-д 1.1 ба 1.2) тарьсан фемтосекундын импульс үүсгэсэн. Урд хэсэг нь эдгээр импульсийн синхрончлол, шаардлагатай энерги болон орон зайн цаг хугацааны параметрүүдийг баталгаажуулдаг. Илүү өндөр давталтын хурдтай (1 Гц) ажилладаг завсрын OPCPA нь шуугиантай импульсийг хэдэн арван жоуль хүртэл өсгөдөг (Зураг 1-д 2). Импульсийг Booster OPCPA ашиглан нэг киложоуль цацраг болгон өсгөж, 12 ижил дэд цацрагт хуваадаг (Зураг 1-д 4). Эцсийн 12 OPCPA-д 12 шуугиантай гэрлийн импульс бүрийг киложоулын түвшинд (1-р зурагт 5) өсгөж, дараа нь 12 шахалтын тороор шахдаг (Зураг 1-д GC 6). Акусто-оптик программчлагдах дисперсийн шүүлтүүрийг урд хэсэгт бүлгийн хурдны тархалт болон өндөр дарааллын тархалтыг нарийн хянахын тулд ашигладаг бөгөөд ингэснээр импульсийн хамгийн бага өргөнийг авах болно. Импульсийн спектр нь бараг 12-р эрэмбийн супергауссын хэлбэртэй бөгөөд хамгийн их утгын 1% -д спектрийн зурвасын өргөн нь 150 нм бөгөөд Фурье хувиргалт импульсийн өргөн нь 17 fs байна. Параметрийн өсгөгчийн бүрэн бус дисперсийн нөхөн олговор, шугаман бус фазын нөхөн олговорын хүндрэлийг харгалзан үзэхэд хүлээгдэж буй импульсийн өргөн нь 20 fs байна.
XCELS лазер нь 8 сувгийн UFL-2M неодим шилэн лазерын давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх модулийг (Зураг 1-д 3) ашиглах бөгөөд үүнээс 13 суваг нь Booster OPCPA болон 12 эцсийн OPCPA-г шахахад ашиглагдана. Үлдсэн гурван сувгийг бие даасан наносекунд киложоуль импульс болгон ашиглах болнолазерын эх үүсвэрүүдбусад туршилтуудын хувьд. DKDP талстуудын оптик задралын босгоор хязгаарлагдах тул шахах импульсийн цацрагийн эрчмийг суваг бүрт 1.5 ГВт/см2, үргэлжлэх хугацаа нь 3.5 нс байна.
XCELS лазерын суваг бүр нь 50 PW хүчин чадалтай импульс үүсгэдэг. Нийт 12 суваг нь нийт 600 PW гаралтын хүчийг өгдөг. Гол зорилтот камерт хамгийн тохиромжтой нөхцөлд суваг тус бүрийн фокусын хамгийн их эрч хүч нь 0.44×1025 Вт/см2 бөгөөд F/1 фокусын элементүүдийг фокуслахад ашигладаг гэж үзвэл. Хэрэв суваг бүрийн импульсийг шахалтын дараах техникээр 2.6 fs хүртэл шахвал харгалзах гаралтын импульсийн хүчийг 2.0×1025 Вт/см2 гэрлийн эрчимтэй харгалзах 230 PW хүртэл нэмэгдүүлнэ.
Илүү их гэрлийн эрчмийг бий болгохын тулд 600 PW гаралтын үед 12 суваг дахь гэрлийн импульс нь урвуу диполь цацрагийн геометрт төвлөрч, Зураг 2-т үзүүлсэн шиг. Суваг бүрийн импульсийн фаз түгжигдээгүй үед фокусын эрчмийг 9×1025 Вт/см2 хүрнэ. Хэрэв импульсийн фаз бүрийг түгжиж, синхрончлох юм бол уялдаа холбоотой гэрлийн эрчмийг 3.2×1026 Вт/см2 хүртэл нэмэгдүүлнэ. Үндсэн зорилтот өрөөнөөс гадна XCELS төсөл нь 10 хүртэлх хэрэглэгчийн лабораторийг багтаасан бөгөөд тус бүр нь туршилт хийхэд нэг буюу хэд хэдэн цацраг хүлээн авдаг. Энэхүү маш хүчтэй гэрлийн талбарыг ашиглан XCELS төсөл нь дөрвөн ангилалд туршилт хийхээр төлөвлөж байна: эрчимтэй лазерын талбайн квант электродинамикийн үйл явц; бөөмсийг үйлдвэрлэх, хурдасгах; Хоёрдогч цахилгаан соронзон цацраг үүсгэх; Лабораторийн астрофизик, эрчим хүчний өндөр нягтралтай үйл явц, оношлогооны судалгаа.
ЗУРАГ. 2 Гол зорилтот камерт геометрийг төвлөрүүлэх. Тодорхой болгохын тулд 6-р цацрагийн параболик толин тусгалыг тунгалаг болгож, оролт, гаралтын цацрагууд нь зөвхөн 1 ба 7-р сувгийг харуулж байна.
Зураг 3-т туршилтын барилга дахь XCELS лазер системийн функциональ хэсэг бүрийн орон зайн байршлыг харуулав. Цахилгаан, вакуум насос, ус цэвэршүүлэх, цэвэршүүлэх, агааржуулагч зэрэг нь подвалд байрладаг. Барилгын нийт талбай нь 24,000 гаруй м2. Нийт эрчим хүчний хэрэглээ 7.5 МВт орчим байна. Туршилтын барилга нь тус бүр нь салангид хоёр суурин дээр баригдсан дотоод хөндий ерөнхий хүрээ ба гадна хэсгээс бүрдэнэ. Вакуум болон бусад чичиргээ өдөөх системийг чичиргээнээс тусгаарлагдсан суурин дээр суурилуулсан бөгөөд ингэснээр суурь ба тулгуураар дамжин лазер системд дамжих эвдрэлийн далайцыг давтамжийн мужид 10-10 г2/Гц-ээс бага болгож бууруулна. 1-200 Гц. Мөн лазер зааланд геодезийн лавлагаа тэмдэглэгээний сүлжээг байгуулж, газрын хөрс, тоног төхөөрөмжийн шилжилт хөдөлгөөнийг системтэйгээр хянаж байна.
XCELS төсөл нь туйлын өндөр хүчдэлийн лазер дээр суурилсан шинжлэх ухааны томоохон судалгааны байгууламжийг бий болгох зорилготой юм. XCELS лазерын системийн нэг суваг нь 1024 Вт/см2-аас хэд дахин илүү төвлөрсөн гэрлийн эрчмийг хангаж чадах бөгөөд үүнийг шахалтын дараах технологиор 1025 Вт/см2-ээр хэтрүүлэх боломжтой. Лазерын систем дэх 12 сувгаас диполь-фокустай импульсийн тусламжтайгаар шахалтын дараах болон фазын түгжээгүйгээр ч 1026 Вт/см2-ийн эрчимтэй хүрч чадна. Хэрэв суваг хоорондын фазын синхрончлол түгжигдсэн бол гэрлийн эрч хүч хэд дахин их байх болно. Эдгээр дээд амжилт тогтоосон импульсийн эрчим болон олон сувгийн цацрагийн зохион байгуулалтыг ашиглан ирээдүйн XCELS байгууламж нь маш өндөр эрчимтэй, нарийн төвөгтэй гэрлийн талбайн тархалттай туршилтуудыг хийж, олон сувгийн лазер туяа болон хоёрдогч цацрагийг ашиглан харилцан үйлчлэлийг оношлох боломжтой болно. Энэ нь хэт хүчтэй цахилгаан соронзон орны туршилтын физикийн салбарт онцгой үүрэг гүйцэтгэх болно.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 3-р сарын 26-ны хооронд