हालै, रूसी विज्ञान प्रतिष्ठानको एप्लाइड फिजिक्स संस्थानले अत्यधिकमा आधारित ठूला वैज्ञानिक उपकरणहरूको लागि अनुसन्धान कार्यक्रम, eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS) प्रस्तुत गर्यो।उच्च शक्ति लेजरहरू। परियोजनामा धेरैको निर्माण समावेश छउच्च शक्ति लेजरठूलो एपर्चर पोटासियम डिड्युटेरियम फस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टलहरूमा अप्टिकल प्यारामेट्रिक चिर्प्ड पल्स एम्प्लिफिकेशन टेक्नोलोजीमा आधारित, जसको कुल आउटपुट ६०० PW पीक पावर पल्सको अपेक्षित छ। यो कामले XCELS परियोजना र यसको लेजर प्रणालीहरूको बारेमा महत्त्वपूर्ण विवरणहरू र अनुसन्धान निष्कर्षहरू प्रदान गर्दछ, अल्ट्रा-स्ट्रङ लाइट फिल्ड अन्तरक्रियाहरूसँग सम्बन्धित अनुप्रयोगहरू र सम्भावित प्रभावहरू वर्णन गर्दछ।
XCELS कार्यक्रम २०११ मा उच्चतम शक्ति प्राप्त गर्ने प्रारम्भिक लक्ष्यका साथ प्रस्ताव गरिएको थियोलेजर२०० पिव्लुको पल्स आउटपुट, जुन हाल ६०० पिव्लुमा स्तरोन्नति गरिएको छ। यसकोलेजर प्रणालीतीन प्रमुख प्रविधिहरूमा निर्भर गर्दछ:
(१) परम्परागत चिरप्ड पल्स एम्प्लिफिकेशन (चिरप्ड पल्स एम्प्लिफिकेशन, OPCPA). CPA) प्रविधिको सट्टा अप्टिकल प्यारामेट्रिक चिरप्ड पल्स एम्प्लिफिकेशन (OPCPA) प्रविधि प्रयोग गरिन्छ;
(२) DKDP लाई लाभ माध्यमको रूपमा प्रयोग गरेर, अल्ट्रा वाइडब्यान्ड फेज मिलान ९१० एनएम तरंगदैर्ध्य नजिक प्राप्त गरिन्छ;
(३) प्यारामेट्रिक एम्पलीफायर पम्प गर्न हजारौं जुलको पल्स ऊर्जा भएको ठूलो एपर्चर नियोडिमियम ग्लास लेजर प्रयोग गरिन्छ।
अल्ट्रा-वाइडब्यान्ड फेज मिलान धेरै क्रिस्टलहरूमा व्यापक रूपमा पाइन्छ र OPCPA फेमटोसेकेन्ड लेजरहरूमा प्रयोग गरिन्छ। DKDP क्रिस्टलहरू प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरू अभ्यासमा पाइने एक मात्र सामग्री हुन् जुन दशौं सेन्टिमिटर एपर्चरसम्म बढाउन सकिन्छ र एकै समयमा बहु-PW पावरको प्रवर्धनलाई समर्थन गर्न स्वीकार्य अप्टिकल गुणहरू छन्।लेजरहरू। यो पाइयो कि जब DKDP क्रिस्टललाई ND ग्लास लेजरको दोहोरो फ्रिक्वेन्सी प्रकाशद्वारा पम्प गरिन्छ, यदि प्रवर्धित पल्सको वाहक तरंगदैर्ध्य 910 nm छ भने, तरंग भेक्टर बेमेलको टेलर विस्तारको पहिलो तीन पदहरू 0 हुन्छन्।
चित्र १ XCELS लेजर प्रणालीको योजनाबद्ध लेआउट हो। अगाडिको छेउले ९१० एनएम (चित्र १ मा १.३) को केन्द्रीय तरंगदैर्ध्य र १०५४ एनएम न्यानोसेकेन्ड पल्सहरू OPCPA पम्प गरिएको लेजरमा इन्जेक्ट गरिएको चिर्प्ड फेमटोसेकेन्ड पल्सहरू उत्पन्न गर्दछ (चित्र १ मा १.१ र १.२)। अगाडिको छेउले यी पल्सहरूको सिंक्रोनाइजेसन साथै आवश्यक ऊर्जा र स्प्याटियोटेम्पोरल प्यारामिटरहरू पनि सुनिश्चित गर्दछ। उच्च पुनरावृत्ति दर (१ हर्ट्ज) मा सञ्चालन हुने एक मध्यवर्ती OPCPA ले चिर्प्ड पल्सलाई दसौं जुलमा बढाउँछ (चित्र १ मा २)। बूस्टर OPCPA द्वारा पल्सलाई एकल किलोजुल बीममा थप प्रवर्द्धन गरिन्छ र १२ समान उप-बीमहरूमा विभाजित गरिन्छ (चित्र १ मा ४)। अन्तिम १२ OPCPA मा, प्रत्येक १२ चिर्प्ड प्रकाश पल्सहरूलाई किलोजुल स्तरमा प्रवर्द्धन गरिन्छ (चित्र १ मा ५ को GC) र त्यसपछि १२ कम्प्रेसन ग्रेटिंगहरू द्वारा संकुचित गरिन्छ (चित्र १ मा ६ को GC)। समूह वेग फैलावट र उच्च अर्डर फैलावटलाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गर्न अगाडिको छेउमा ध्वनिक-अप्टिक प्रोग्रामेबल फैलावट फिल्टर प्रयोग गरिन्छ, ताकि सम्भव भएसम्म सबैभन्दा सानो पल्स चौडाइ प्राप्त गर्न सकियोस्। पल्स स्पेक्ट्रमको आकार लगभग १२ औं-अर्डर सुपरगसको हुन्छ, र अधिकतम मानको १% मा स्पेक्ट्रल ब्यान्डविथ १५० एनएम हुन्छ, जुन १७ एफएसको फुरियर रूपान्तरण सीमा पल्स चौडाइसँग मेल खान्छ। प्यारामेट्रिक एम्पलीफायरहरूमा अपूर्ण फैलावट क्षतिपूर्ति र गैर-रेखीय चरण क्षतिपूर्तिको कठिनाईलाई ध्यानमा राख्दै, अपेक्षित पल्स चौडाइ २० एफएस हो।
XCELS लेजरले दुई ८-च्यानल UFL-2M नियोडिमियम ग्लास लेजर फ्रिक्वेन्सी डबलिङ मोड्युलहरू (चित्र १ मा ३) प्रयोग गर्नेछ, जसमध्ये १३ च्यानलहरू बूस्टर OPCPA र १२ अन्तिम OPCPA पम्प गर्न प्रयोग गरिनेछ। बाँकी तीन च्यानलहरू स्वतन्त्र नानोसेकेन्ड किलोजुल पल्स्डको रूपमा प्रयोग गरिनेछ।लेजर स्रोतहरूअन्य प्रयोगहरूको लागि। DKDP क्रिस्टलको अप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेसहोल्ड द्वारा सीमित, पम्प गरिएको पल्सको विकिरण तीव्रता प्रत्येक च्यानलको लागि 1.5 GW/cm2 मा सेट गरिएको छ र अवधि 3.5 ns छ।
XCELS लेजरको प्रत्येक च्यानलले ५० PW को पावरको पल्स उत्पादन गर्छ। कुल १२ च्यानलहरूले ६०० PW को कुल आउटपुट पावर प्रदान गर्दछ। मुख्य लक्ष्य कक्षमा, आदर्श परिस्थितिहरूमा प्रत्येक च्यानलको अधिकतम फोकसिङ तीव्रता ०.४४×१०२५ W/cm२ हुन्छ, यो मानिन्छ कि F/१ फोकसिङ तत्वहरू फोकसिङको लागि प्रयोग गरिन्छ। यदि प्रत्येक च्यानलको पल्सलाई पोस्ट-कम्प्रेसन प्रविधिद्वारा २.६ fs मा थप संकुचित गरियो भने, सम्बन्धित आउटपुट पल्स पावर २३० PW मा बढाइनेछ, जुन २.०×१०२५ W/cm२ को प्रकाश तीव्रता अनुरूप हुनेछ।
६०० PW आउटपुटमा बढी प्रकाश तीव्रता प्राप्त गर्न, १२ च्यानलहरूमा प्रकाश पल्सहरू चित्र २ मा देखाइए अनुसार, उल्टो द्विध्रुवीय विकिरणको ज्यामितिमा केन्द्रित हुनेछन्। जब प्रत्येक च्यानलमा पल्स चरण लक गरिएको छैन, फोकस तीव्रता ९×१०२५ W/cm२ सम्म पुग्न सक्छ। यदि प्रत्येक पल्स चरण लक गरिएको छ र सिंक्रोनाइज गरिएको छ भने, सुसंगत परिणामस्वरूप प्रकाश तीव्रता ३.२×१०२६ W/cm२ मा बढाइनेछ। मुख्य लक्ष्य कोठाको अतिरिक्त, XCELS परियोजनामा १० प्रयोगकर्ता प्रयोगशालाहरू सम्मिलित छन्, प्रत्येकले प्रयोगहरूको लागि एक वा बढी बीमहरू प्राप्त गर्दछ। यो अत्यन्त बलियो प्रकाश क्षेत्र प्रयोग गरेर, XCELS परियोजनाले चार कोटीहरूमा प्रयोगहरू गर्ने योजना बनाएको छ: तीव्र लेजर क्षेत्रहरूमा क्वान्टम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रियाहरू; कणहरूको उत्पादन र प्रवेग; माध्यमिक विद्युत चुम्बकीय विकिरणको उत्पादन; प्रयोगशाला खगोल भौतिकी, उच्च ऊर्जा घनत्व प्रक्रियाहरू र निदान अनुसन्धान।
चित्र २ मुख्य लक्ष्य कक्षमा ज्यामिति केन्द्रित गर्दै। स्पष्टताको लागि, बीम ६ को प्याराबोलिक मिरर पारदर्शीमा सेट गरिएको छ, र इनपुट र आउटपुट बीमहरूले केवल दुई च्यानलहरू १ र ७ देखाउँछन्।
चित्र ३ ले प्रयोगात्मक भवनमा XCELS लेजर प्रणालीको प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्रको स्थानिक लेआउट देखाउँछ। बिजुली, भ्याकुम पम्प, पानी उपचार, शुद्धीकरण र वातानुकूलित तहखानेमा अवस्थित छन्। कुल निर्माण क्षेत्र २४,००० वर्ग मीटर भन्दा बढी छ। कुल बिजुली खपत लगभग ७.५ मेगावाट छ। प्रयोगात्मक भवनमा आन्तरिक खोक्रो समग्र फ्रेम र बाह्य खण्ड हुन्छ, प्रत्येक दुईवटा डिकपल्ड फाउन्डेसनमा निर्मित हुन्छ। भ्याकुम र अन्य कम्पन-प्रेरित प्रणालीहरू कम्पन-पृथक फाउन्डेसनमा स्थापित हुन्छन्, जसले गर्दा फाउन्डेसन र समर्थन मार्फत लेजर प्रणालीमा प्रसारित गडबडीको आयाम १-२०० हर्ट्जको फ्रिक्वेन्सी दायरामा १०-१० g2/Hz भन्दा कम हुन्छ। थप रूपमा, जमिन र उपकरणहरूको बहावलाई व्यवस्थित रूपमा निगरानी गर्न लेजर हलमा जियोडेसिक सन्दर्भ मार्करहरूको नेटवर्क स्थापना गरिएको छ।
XCELS परियोजनाले अत्यन्तै उच्च शिखर पावर लेजरहरूमा आधारित ठूलो वैज्ञानिक अनुसन्धान सुविधा सिर्जना गर्ने लक्ष्य राखेको छ। XCELS लेजर प्रणालीको एउटा च्यानलले १०२४ W/cm2 भन्दा धेरै गुणा बढी केन्द्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान गर्न सक्छ, जुन पोस्ट-कम्प्रेसन प्रविधिको साथ १०२५ W/cm2 ले पार गर्न सकिन्छ। लेजर प्रणालीमा १२ च्यानलहरूबाट द्विध्रुवीय-केन्द्रित पल्सहरू द्वारा, पोस्ट-कम्प्रेसन र फेज लकिङ बिना पनि १०२६ W/cm2 को नजिकको तीव्रता प्राप्त गर्न सकिन्छ। यदि च्यानलहरू बीचको फेज सिङ्क्रोनाइजेसन लक गरिएको छ भने, प्रकाश तीव्रता धेरै गुणा बढी हुनेछ। यी रेकर्ड-ब्रेकिंग पल्स तीव्रताहरू र बहु-च्यानल बीम लेआउट प्रयोग गरेर, भविष्यको XCELS सुविधाले अत्यधिक उच्च तीव्रता, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरण, र बहु-च्यानल लेजर बीम र माध्यमिक विकिरण प्रयोग गरेर अन्तरक्रियाहरू निदान गर्न सक्षम हुनेछ। यसले सुपर-बलियो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानको क्षेत्रमा एक अद्वितीय भूमिका खेल्नेछ।
पोस्ट समय: मार्च-२६-२०२४