Саяхан Оросын Шинжлэх Ухааны Академийн Хэрэглээний Физикийн Хүрээлэн нь маш их гэрэлд суурилсан том шинжлэх ухааны төхөөрөмжүүдийн судалгааны хөтөлбөр болох eXawatt Хэт Гэрлийн Судалгааны Төв (XCELS)-ийг нэвтрүүлэв.өндөр хүчин чадалтай лазеруудТөсөлд маш их барилга байгууламж багтсан болно.өндөр хүчин чадалтай лазерТом диафрагмын калийн дидейтерийн фосфат (DKDP, химийн томъёо KD2PO4) талстууд дахь оптик параметрийн чичирхийлсэн импульсийн олшруулалтын технологид суурилсан бөгөөд нийт гаралт нь 600 PW оргил чадлын импульс байх төлөвтэй байна. Энэхүү бүтээл нь XCELS төсөл болон түүний лазер системүүдийн талаарх чухал дэлгэрэнгүй мэдээлэл, судалгааны үр дүнгүүдийг өгч, хэт хүчтэй гэрлийн орны харилцан үйлчлэлтэй холбоотой хэрэглээ болон болзошгүй нөлөөллийг тайлбарласан болно.
XCELS хөтөлбөрийг 2011 онд оргил хүчин чадалд хүрэх анхны зорилгоо болгон санал болгосон.лазерИмпульсийн гаралт нь 200 PW бөгөөд одоогоор 600 PW болгон сайжруулсан. Үүнийлазер системгурван үндсэн технологид тулгуурладаг:
(1) Уламжлалт Чирпэд Пульс Өсгөлтийн (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) технологийн оронд Оптик Параметрийн Чирпэд Пульс Өсгөлт (OPCPA) технологийг ашигладаг. CPA);
(2) DKDP-г олшруулалтын орчин болгон ашигласнаар хэт өргөн зурвасын фазын тохируулгыг 910 нм долгионы уртад ойртуулсан;
(3) Параметрийн өсгөгчийг шахахад мянга мянган жоул импульсийн энерги бүхий том диафрагмтай неодим шилэн лазерыг ашигладаг.
Хэт өргөн зурвасын фазын тохируулга нь олон талстуудад өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд OPCPA фемтосекундын лазерт ашиглагддаг. DKDP талстуудыг хэдэн арван сантиметр диафрагм хүртэл ургуулж болох, мөн олон PW чадлыг олшруулахыг дэмжих хүлээн зөвшөөрөгдөх оптик шинж чанартай цорын ганц материал учраас ашигладаг.лазеруудDKDP болорыг ND шилэн лазерын давхар давтамжийн гэрлээр шахах үед, хэрэв олшруулсан импульсийн тээвэрлэгч долгионы урт 910 нм байвал долгионы векторын зөрүүний Тейлорын тэлэлтийн эхний гурван гишүүн нь 0 болохыг тогтоожээ.
Зураг 1 нь XCELS лазер системийн бүдүүвч зураглал юм. Урд хэсэг нь 910 нм (Зураг 1-д 1.3) төв долгионы урттай жиргэсэн фемтосекундын импульс болон OPCPA шахуургын лазерт тарьсан 1054 нм наносекундын импульсийг үүсгэдэг (Зураг 1-д 1.1 ба 1.2). Урд хэсэг нь эдгээр импульсийн синхрончлолыг, мөн шаардлагатай энерги болон орон зайн цаг хугацааны параметрүүдийг хангадаг. Илүү өндөр давталтын хурдаар (1 Гц) ажилладаг завсрын OPCPA нь жиргэсэн импульсийг хэдэн арван жоуль хүртэл өсгөдөг (Зураг 1-д 2). Импульсийг Booster OPCPA-аар нэг киложоуль туяа болгон өсгөж, 12 ижил дэд туяанд хуваадаг (Зураг 1-д 4). Эцсийн 12 OPCPA-д 12 жиргэсэн гэрлийн импульс тус бүрийг киложоуль түвшинд өсгөж (Зураг 1-д 5), дараа нь 12 шахалтын тороор шахдаг (Зураг 1-д 6-ийн GC). Акустик-оптик програмчлагдах дисперсийн шүүлтүүрийг урд хэсэгт бүлгийн хурдны дисперс болон өндөр эрэмбийн дисперсийг нарийн хянахын тулд ашигладаг бөгөөд ингэснээр хамгийн бага импульсийн өргөнийг олж авдаг. Импульсийн спектр нь бараг 12-р эрэмбийн супергаусс хэлбэртэй бөгөөд хамгийн их утгын 1%-ийн спектрийн зурвасын өргөн нь 150 нм бөгөөд энэ нь Фурье хувиргалтын хязгаарын импульсийн өргөн 17 фс-тэй тохирч байна. Дутуу дисперсийн нөхөн олговор болон параметрийн өсгөгч дэх шугаман бус фазын нөхөн олговрын хүндрэлийг харгалзан үзвэл хүлээгдэж буй импульсийн өргөн нь 20 фс байна.
XCELS лазер нь хоёр 8 сувгийн UFL-2M неодим шилэн лазерын давтамжийн давхар модулийг (Зураг 1-д 3) ашиглах бөгөөд үүнээс 13 сувгийг Booster OPCPA-г шахахад, 12 сувгийг эцсийн OPCPA-г шахахад ашиглана. Үлдсэн гурван сувгийг бие даасан наносекундын импульсийн киложоул болгон ашиглана.лазерын эх үүсвэрүүдбусад туршилтуудын хувьд. DKDP талстуудын оптик эвдрэлийн босгоор хязгаарлагдсан, шахагдсан импульсийн цацрагийн эрчимийг суваг бүрийн хувьд 1.5 ГВт/см2 гэж тохируулсан бөгөөд үргэлжлэх хугацаа нь 3.5 нс байна.
XCELS лазерын суваг бүр нь 50 PW чадалтай импульс үүсгэдэг. Нийт 12 суваг нь 600 PW нийт гаралтын чадал өгдөг. Үндсэн бай камерт F/1 фокуслах элементүүдийг фокуслахад ашигласан гэж үзвэл хамгийн тохиромжтой нөхцөлд суваг бүрийн хамгийн их фокуслах эрчим нь 0.44 × 1025 Вт/см2 байна. Хэрэв суваг бүрийн импульсийг шахалтын дараах техникээр 2.6 фс хүртэл шахвал харгалзах гаралтын импульсийн хүч нь 2.0 × 1025 Вт/см2 гэрлийн эрчимтэй тохирч 230 PW хүртэл нэмэгдэх болно.
600 PW гаралт дээр гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлэхийн тулд 12 сувгийн гэрлийн импульс нь Зураг 2-т үзүүлсэн шиг урвуу дипол цацрагийн геометрт төвлөрөх болно. Суваг бүрийн импульсийн фаз түгжигдээгүй үед фокусын эрч хүч 9 × 1025 Вт/см2 хүрч болно. Хэрэв импульсийн фаз бүр түгжигдэж, синхрончлогдсон бол үүссэн когерент гэрлийн эрч хүч 3.2 × 1026 Вт/см2 хүртэл нэмэгдэх болно. Үндсэн зорилтот өрөөнөөс гадна XCELS төсөл нь туршилтад зориулж нэг буюу хэд хэдэн цацраг хүлээн авдаг 10 хүртэлх хэрэглэгчийн лабораторийг багтаасан болно. Энэхүү маш хүчтэй гэрлийн талбарыг ашиглан XCELS төсөл нь дөрвөн ангилалд туршилт хийхээр төлөвлөж байна: эрчимтэй лазерын талбарт квант электродинамикийн процессууд; Бөөмсийн үйлдвэрлэл ба хурдатгал; Хоёрдогч цахилгаан соронзон цацраг үүсгэх; Лабораторийн астрофизик, өндөр энергийн нягтралтай процессууд болон оношлогооны судалгаа.
ЗУРАГ 2. Үндсэн зорилтот камерт фокуслах геометр. Тодорхой болгохын тулд 6-р цацрагийн параболик толин тусгалыг тунгалаг болгож тохируулсан бөгөөд оролт болон гаралтын цацрагууд нь зөвхөн 1 ба 7 гэсэн хоёр сувгийг харуулж байна.
Зураг 3-т туршилтын барилга дахь XCELS лазер системийн функциональ хэсэг бүрийн орон зайн зохион байгуулалтыг харуулав. Цахилгаан, вакуум насос, ус цэвэршүүлэх, цэвэршүүлэх, агааржуулагч нь подвалд байрладаг. Барилгын нийт талбай нь 24,000 м2-аас дээш. Нийт эрчим хүчний хэрэглээ нь ойролцоогоор 7.5 МВт. Туршилтын барилга нь дотоод хөндий ерөнхий хүрээ болон гадна хэсгээс бүрдэх бөгөөд тус бүр нь хоёр салгасан суурь дээр баригдсан. Вакуум болон бусад чичиргээ үүсгэдэг системийг чичиргээнээс тусгаарлагдсан суурь дээр суурилуулсан тул суурь болон тулгуураар дамжин лазер системд дамжуулсан эвдрэлийн далайцыг 1-200 Гц давтамжийн хүрээнд 10-10 g2/Hz-ээс бага болгон бууруулдаг. Үүнээс гадна, газрын болон тоног төхөөрөмжийн шилжилтийг системтэйгээр хянахын тулд лазер танхимд геодезийн лавлах тэмдэглэгээний сүлжээг байгуулсан.
XCELS төсөл нь маш өндөр оргил чадлын лазер дээр суурилсан томоохон шинжлэх ухааны судалгааны байгууламж байгуулах зорилготой юм. XCELS лазер системийн нэг суваг нь 1024 Вт/см2-оос хэд дахин өндөр фокустай гэрлийн эрчимийг өгч болох бөгөөд үүнийг шахалтын дараах технологиор 1025 Вт/см2-оор давж болно. Лазер систем дэх 12 сувгаас дипол фокустай импульсийг ашиглан шахалтын дараах болон фазын түгжээгүйгээр ч 1026 Вт/см2-т ойр эрчимтэй болох боломжтой. Хэрэв сувгуудын хоорондох фазын синхрончлолыг түгжсэн бол гэрлийн эрчим хэд дахин өндөр 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 өвөрмөц үүрэг гүйцэтгэнэ.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 3-р сарын 26