भर्खरै, रुसी एकेडेमी अफ साइन्सेजको एप्लाइड फिजिक्स इन्स्टिच्युटले एक्सवाट सेन्टर फर एक्स्ट्रिम लाइट स्टडी (एक्ससीईएलएस) पेश गर्यो, ठूला वैज्ञानिक उपकरणहरूका लागि अनुसन्धान कार्यक्रमउच्च शक्ति लेजरहरू। परियोजनामा एक धेरै निर्माण समावेश छउच्च शक्ति लेजरठूला एपर्चर पोटासियम डिड्युटेरियम फस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टलहरूमा अप्टिकल प्यारामेट्रिक चिर्पड पल्स एम्प्लीफिकेशन टेक्नोलोजीमा आधारित, 600 PW पीक पावर पल्सको अपेक्षित कुल आउटपुटको साथ। यस कार्यले XCELS परियोजना र यसको लेजर प्रणालीहरूको बारेमा महत्त्वपूर्ण विवरणहरू र अनुसन्धान निष्कर्षहरू प्रदान गर्दछ, अति-बलियो प्रकाश क्षेत्र अन्तरक्रियासँग सम्बन्धित अनुप्रयोगहरू र सम्भावित प्रभावहरू वर्णन गर्दै।
XCELS कार्यक्रम शिखर शक्ति प्राप्त गर्ने प्रारम्भिक लक्ष्यको साथ 2011 मा प्रस्ताव गरिएको थियो।लेजर200 PW को पल्स आउटपुट, जुन हाल 600 PW मा अपग्रेड गरिएको छ। यसकोलेजर प्रणालीतीन प्रमुख प्रविधिहरूमा निर्भर गर्दछ:
(१) अप्टिकल प्यारामेट्रिक चिर्पड पल्स एम्प्लिफिकेशन (ओपीसीपीए) प्रविधि परम्परागत चिर्पड पल्स एम्प्लिफिकेशन (चिर्पेड पल्स एम्प्लिफिकेशन, ओपीसीपीए) को सट्टा प्रयोग गरिन्छ। CPA) प्रविधि;
(2) DKDP को लाभको माध्यमको रूपमा प्रयोग गर्दै, अल्ट्रा वाइडब्यान्ड चरण मिलान 910 nm तरंगदैर्ध्य नजिक महसुस हुन्छ;
(3) हजारौं जुलको पल्स ऊर्जा भएको ठूलो एपर्चर नियोडिमियम गिलास लेजर प्यारामेट्रिक एम्पलीफायर पम्प गर्न प्रयोग गरिन्छ।
अल्ट्रा-वाइडब्यान्ड चरण मिलान धेरै क्रिस्टलहरूमा व्यापक रूपमा पाइन्छ र OPCPA femtosecond लेजरहरूमा प्रयोग गरिन्छ। DKDP क्रिस्टलहरू प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरू अभ्यासमा पाइने एकमात्र सामग्री हुन् जुन एपर्चरको दशौं सेन्टिमिटरसम्म बढ्न सकिन्छ र एकै समयमा बहु-PW शक्तिको प्रवर्धनलाई समर्थन गर्न स्वीकार्य अप्टिकल गुणहरू छन्।लेजरहरू। यो फेला पर्यो कि जब DKDP क्रिस्टल ND ग्लास लेजरको डबल फ्रिक्वेन्सी प्रकाश द्वारा पम्प गरिन्छ, यदि एम्प्लीफाइड पल्सको वाहक तरंगदैर्ध्य 910 nm छ भने, तरंग भेक्टर बेमेलको टेलर विस्तारको पहिलो तीन सर्तहरू 0 हुन्।
चित्र १ XCELS लेजर प्रणालीको योजनाबद्ध रूपरेखा हो। अगाडिको छेउले 910 nm (चित्र 1 मा 1.3) को केन्द्रीय तरंग लम्बाइ र 1054 nm नानोसेकेन्ड पल्सहरू ओपीसीपीए पम्प गरिएको लेजर (चित्र 1 मा 1.1 र 1.2) मा इन्जेक्ट गरिएको फेमटोसेकेन्ड पल्सहरू उत्पन्न गर्यो। अगाडिको छेउले यी दालहरूको सिङ्क्रोनाइजेसन साथै आवश्यक उर्जा र स्प्याटियोटेम्पोरल प्यारामिटरहरू पनि सुनिश्चित गर्दछ। उच्च पुनरावृत्ति दर (१ हर्ट्ज) मा सञ्चालन हुने एक मध्यवर्ती ओपीसीपीएले दशौं जूलहरू (चित्र 1 मा 2) मा चिरपड पल्सलाई बढाउँछ। पल्सलाई बूस्टर OPCPA द्वारा एकल किलोजुल बीममा थप विस्तार गरिएको छ र 12 समान उप-बिमहरूमा विभाजित गरिएको छ (चित्र 1 मा 4)। अन्तिम 12 ओपीसीपीएमा, प्रत्येक 12 चिरपड लाइट पल्सहरू किलोजुल स्तरमा विस्तार गरिन्छ (चित्र 1 मा 5) र त्यसपछि 12 कम्प्रेसन ग्रेटिङ्हरू (चित्र 1 मा 6 को GC) द्वारा संकुचित गरिन्छ। अकोस्टो-ओप्टिक प्रोग्रामेबल डिस्पेसन फिल्टरलाई समुह वेग फैलावट र उच्च क्रम फैलावटलाई ठीकसँग नियन्त्रण गर्न अगाडिको छेउमा प्रयोग गरिन्छ, ताकि सबैभन्दा सानो पल्स चौडाइ प्राप्त गर्न सकिन्छ। पल्स स्पेक्ट्रममा लगभग 12 औं-अर्डर सुपरगाउसको आकार छ, र अधिकतम मानको 1% मा स्पेक्ट्रल ब्यान्डविथ 150 एनएम हो, 17 fs को फूरियर रूपान्तरण सीमा पल्स चौडाइसँग सम्बन्धित। अपूर्ण फैलावट क्षतिपूर्ति र प्यारामेट्रिक एम्पलीफायरहरूमा ननलाइनर चरण क्षतिपूर्तिको कठिनाईलाई ध्यानमा राख्दै, अपेक्षित पल्स चौडाइ 20 fs छ।
XCELS लेजरले दुई 8-च्यानल UFL-2M neodymium ग्लास लेजर फ्रिक्वेन्सी डबलिङ मोड्युलहरू (चित्र 1 मा 3) प्रयोग गर्नेछ, जसमध्ये 13 च्यानलहरू बूस्टर OPCPA र 12 अन्तिम OPCPA पम्प गर्न प्रयोग गरिनेछ। बाँकी तीन च्यानलहरू स्वतन्त्र नानोसेकेन्ड किलोजुल पल्सको रूपमा प्रयोग गरिनेछलेजर स्रोतहरूअन्य प्रयोगहरूको लागि। DKDP क्रिस्टलको अप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेसहोल्डद्वारा 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 50 PW को शक्तिको साथ दालहरू उत्पादन गर्दछ। कुल 12 च्यानलहरूले 600 PW को कुल उत्पादन शक्ति प्रदान गर्दछ। मुख्य लक्ष्य कक्षमा, आदर्श अवस्थाहरूमा प्रत्येक च्यानलको अधिकतम फोकस तीव्रता 0.44 × 1025 W/cm2 हो, यो मानेर कि F/1 फोकस गर्ने तत्वहरू फोकस गर्न प्रयोग गरिन्छ। यदि प्रत्येक च्यानलको पल्सलाई पोस्ट-कम्प्रेसन प्रविधिद्वारा 2.6 fs मा संकुचित गरियो भने, 2.0 × 1025 W/cm2 को प्रकाश तीव्रतासँग सम्बन्धित आउटपुट पल्स पावर 230 PW मा बढाइनेछ।
अधिक प्रकाश तीव्रता प्राप्त गर्न, 600 PW आउटपुटमा, 12 च्यानलहरूमा प्रकाश पल्सहरू चित्रा 2 मा देखाइए अनुसार, उल्टो द्विध्रुव विकिरणको ज्यामितिमा केन्द्रित हुनेछ। जब प्रत्येक च्यानलमा पल्स चरण लक गरिएको छैन, फोकस तीव्रता हुन सक्छ। 9×1025 W/cm2 पुग्नुहोस्। यदि प्रत्येक पल्स चरण लक र सिङ्क्रोनाइज गरिएको छ भने, सुसंगत परिणामात्मक प्रकाश तीव्रता 3.2 × 1026 W/cm2 मा बढाइनेछ। मुख्य लक्षित कोठाको अतिरिक्त, XCELS परियोजनामा 10 प्रयोगकर्ता प्रयोगशालाहरू सम्मिलित छन्, प्रत्येकले प्रयोगहरूको लागि एक वा बढी बीमहरू प्राप्त गर्दछ। यो अत्यन्त बलियो प्रकाश क्षेत्र प्रयोग गरेर, XCELS परियोजनाले चार कोटिहरूमा प्रयोगहरू गर्ने योजना बनाएको छ: तीव्र लेजर क्षेत्रहरूमा क्वान्टम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रियाहरू; कणहरूको उत्पादन र त्वरण; माध्यमिक विद्युत चुम्बकीय विकिरण को उत्पादन; प्रयोगशाला खगोल भौतिकी, उच्च ऊर्जा घनत्व प्रक्रिया र निदान अनुसन्धान।
अंजीर। 2 मुख्य लक्ष्य कक्षमा ज्यामिति फोकस गर्दै। स्पष्टताको लागि, बीम 6 को प्याराबोलिक मिरर पारदर्शीमा सेट गरिएको छ, र इनपुट र आउटपुट बीमहरूले केवल दुई च्यानलहरू 1 र 7 देखाउँछन्।
चित्र 3 ले प्रयोगात्मक भवनमा XCELS लेजर प्रणालीको प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्रको स्थानिय लेआउट देखाउँछ। बिजुली, भ्याकुम पम्प, पानी उपचार, शुद्धीकरण र वातानुकूलित तहखाने मा स्थित छन्। कुल निर्माण क्षेत्र 24,000 m2 भन्दा बढी छ। कुल विद्युत खपत करिब 7.5 मेगावाट छ। प्रायोगिक भवनमा आन्तरिक खोक्रो समग्र फ्रेम र बाहिरी खण्ड हुन्छ, प्रत्येक दुईवटा दोहोरो फाउन्डेसनमा बनेको हुन्छ। भ्याकुम र अन्य कम्पन-इन्ड्युसिङ सिस्टमहरू कम्पन-पृथक फाउन्डेशनमा स्थापित छन्, ताकि आधार र समर्थन मार्फत लेजर प्रणालीमा प्रसारित अवरोधको आयाम आवृत्ति दायरामा 10-10 g2/Hz भन्दा कम हुन्छ। 1-200 Hz थप रूपमा, जमिन र उपकरणको बहावलाई व्यवस्थित रूपमा निगरानी गर्न लेजर हलमा जियोडेसिक सन्दर्भ मार्करहरूको नेटवर्क सेट अप गरिएको छ।
XCELS परियोजनाले अत्यन्त उच्च शिखर पावर लेजरहरूमा आधारित ठूलो वैज्ञानिक अनुसन्धान सुविधा सिर्जना गर्ने लक्ष्य राखेको छ। XCELS लेजर प्रणालीको एउटा च्यानलले 1024 W/cm2 भन्दा धेरै गुणा बढी केन्द्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान गर्न सक्छ, जुन पोस्ट-कम्प्रेसन टेक्नोलोजीको साथ 1025 W/cm2 द्वारा थप गर्न सकिन्छ। लेजर प्रणालीमा 12 च्यानलहरूबाट द्विध्रुव-केन्द्रित पल्सहरूद्वारा, 1026 W/cm2 नजिकको तीव्रता पोस्ट-कम्प्रेसन र चरण लक नगरी पनि प्राप्त गर्न सकिन्छ। यदि च्यानलहरू बीचको चरण 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 बीमहरू र माध्यमिक विकिरण प्रयोग गरेर अन्तरक्रियाहरू निदान गर्न प्रयोग गर्न सक्षम हुनेछ। यसले सुपर बलियो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोगात्मक भौतिकीको क्षेत्रमा एक अद्वितीय भूमिका खेल्नेछ।
पोस्ट समय: मार्च-26-2024