Nýlega kynnti Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences Exawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), rannsóknaráætlun fyrir stór vísindatæki byggð á ákaflegaHár afl leysir. Verkefnið felur í sér byggingu mjögHár afl leysirByggt á sjón -parametric chirped púls magnunartækni í stórum ljósopi kalíum dideuterium fosfat (DKDP, efnaformúla KD2PO4) kristallar, með væntanlegum heildarafköstum 600 PW hámarks aflpúls. Þessi vinna veitir mikilvægar upplýsingar og rannsóknarniðurstöður um XCELS verkefnið og leysiskerfi þess, sem lýsir forritum og hugsanlegum áhrifum sem tengjast öfgafullum samskiptum við ljóssvið.
Lagt var til XCEL -áætlunina árið 2011 með upphafsmarkmiðið að ná hámarksaflileysirPúlsafköst 200 PW, sem nú er uppfærð í 600 PW. Þaðleysiskerfitreystir á þrjá lykil tækni:
(1) Ljósfræðileg parametric chirped pulse mögnun (OPCPA) tækni er notuð í stað hefðbundinnar chirped púls mögnun (kvak púls mögnun, OPCPA). CPA) tækni;
(2) með því að nota DKDP sem Gain Medium, öfgafullt breiðbandsfasa samsvörun er að veruleika nálægt 910 nm bylgjulengd;
(3) Stór ljósop neodymium gler leysir með púlsorku af þúsundum joules er notað til að dæla parametric magnara.
Ultra breiðbandsfasa samsvörun er víða að finna í mörgum kristöllum og er notað í OPCPA femtosecond leysir. DKDP kristallar eru notaðir vegna þess að þeir eru eina efnið sem er að finna í reynd sem hægt er að rækta tugi sentimetra af ljósopi og hafa um leið ásættanlega sjóneinkenni til að styðja við mögnun multi-PW aflsleysir. Það kemur í ljós að þegar DKDP kristal er dælt með tvöföldu tíðnisljósi ND gler leysir, ef burðarbylgjulengd magnaðs púls er 910 nm, eru fyrstu þrjú skilmálar Taylor stækkunar bylgjuvektors misræmisins 0.
Mynd 1 er skýringarmynd af xcels leysiskerfinu. Framhliðin myndaði kvitta femtosecond púls með miðju bylgjulengd 910 nm (1,3 á mynd 1) og 1054 nm nanósekúndu púls sem sprautað var í OPCPA dælt leysir (1,1 og 1,2 á mynd 1). Framhliðin tryggir einnig samstillingu þessara púlsa sem og nauðsynlegrar orku og landfræðilegra breytna. Millistig OPCPA sem starfar við hærra endurtekningarhraða (1 Hz) magnar chirped púlsinn að tugum joules (2 á mynd 1). Púlsinn magnast enn frekar með örvunar OPCPA í stakan kílójoule geisla og skiptist í 12 sams konar undirgeisla (4 á mynd 1). Í síðustu 12 OPCPA er hver af 12 chirped ljóspúlsunum magnaður að kílójoule stiginu (5 á mynd 1) og síðan þjappað með 12 þjöppun (GC af 6 á mynd 1). Acousto-sjón-forritanleg dreifingarsía er notuð í framendanum til að nákvæmlega samanburðarhópshraða dreifingu og dreifingu með mikla röð, svo að fá minnstu mögulegu púlsbreidd. Púlsrófið hefur lögun næstum 12. röð Supergauss og litrófsbandbreiddin við 1% af hámarksgildinu er 150 nm, sem samsvarar Fourier umbreytingarmörkum púlsbreidd 17 fs. Miðað við ófullkomnar dreifingarbætur og erfiðleikana við ólínulegar fasa bætur í parametric magnara, þá er væntanleg púlsbreidd 20 fs.
Xcels leysirinn mun nota tvær 8 rásar UFL-2M neodymium gler leysir tíðni tvöföldunareiningar (3 á mynd 1), þar af verða 13 rásir notaðar til að dæla örvunar OPCPA og 12 loka OPCPA. Þrjár rásir sem eftir eru verða notaðar sem sjálfstæð nanósekúndu kilojoule pulsedleysir heimildirFyrir aðrar tilraunir. Takmarkaður af sjón -sundurliðunarmörkum DKDP kristalla er geislunarstyrkur dælda púlsins stilltur á 1,5 gw/cm2 fyrir hverja rás og lengdin er 3,5 ns.
Hver rás XCEL leysir framleiðir púls með 50 PW afl. Alls veita 12 rásir heildarafköst 600 PW. Í aðal markhólfinu er hámarks fókusstyrkur hverrar rás við kjöraðstæður 0,44 × 1025 W/cm2, miðað við að f/1 fókusþættir séu notaðir til að fókus. Ef púls hverrar rás er þjappað frekar í 2,6 fs með eftirþjöppunartækni, verður samsvarandi framleiðsla púlsafl aukinn í 230 PW, sem samsvarar ljósstyrk 2,0 × 1025 W/cm2.
Til að ná meiri ljósstyrk, við 600 PW framleiðsla, verða ljóspúlsarnir í 12 rásunum einbeittir í rúmfræði andhverfu tvípólgeislunar, eins og sýnt er á mynd 2. þegar púlsfasinn í hverri rás er ekki læstur, getur fókusstyrkur Náðu 9 × 1025 w/cm2. Ef hver púlsfasi er læstur og samstilltur verður samfelld ljósstyrkur sem myndast aukinn í 3,2 × 1026 W/cm2. Til viðbótar við aðalmarksherbergið inniheldur XCELS verkefnið allt að 10 notendarannsóknarstofur, sem hver og einn fær einn eða fleiri geisla fyrir tilraunir. Með því að nota þetta afar sterka ljóssvið áætlaði XCELS verkefnið til að framkvæma tilraunir í fjórum flokkum: Quantum Electrodynamics ferli í ákafum leysireitum; Framleiðsla og hröðun agna; Myndun efri rafsegulgeislunar; Rannsóknarstofu astrophysics, mikill orkuþéttleiki og greiningarrannsóknir.
Fig. 2 Með áherslu á rúmfræði í aðalmarkmiðinu. Til glöggvunar er parabolic spegill geisla 6 stilltur á gegnsæja og inntak og úttaksgeislar sýna aðeins tvær rásir 1 og 7
Mynd 3 sýnir landskipta skipulag hvers virks svæðis Xcels leysiskerfisins í tilraunabyggingunni. Rafmagn, tómarúmdælur, vatnsmeðferð, hreinsun og loftkæling eru staðsett í kjallaranum. Heildar byggingarsvæðið er meira en 24.000 m2. Heildar orkunotkun er um 7,5 MW. Tilraunabyggingin samanstendur af innri holum heildarramma og utanaðkomandi hluta, sem hvor um sig byggði á tveimur aftengdum grunni. Tómarúmið og önnur titringskerfi eru sett upp á titringseinkenni, þannig að amplitude truflunarinnar sem send er til leysiskerfisins í gegnum grunninn og stuðningur er minnkaður í minna en 10-10 g2/Hz á tíðnisviðinu á tíðni sviðs sviðs sviðs. 1-200 Hz. Að auki er netkerfi landfræðilegra viðmiðunarmerkja sett upp í leysasalnum til að fylgjast kerfisbundið eftirlit með svifinu á jörðu og búnaði.
XCELS verkefnið miðar að því að búa til stóra vísindarannsóknaraðstöðu sem byggist á afar háum hámarksafls leysum. Ein rás XCEL leysiskerfisins gæti veitt einbeittan ljósstyrk nokkrum sinnum hærri en 1024 W/cm2, sem hægt er að fara frekar yfir 1025 W/cm2 með tækni eftir þéttni. Með því að dípól-fókuspúls frá 12 rásum í leysiskerfinu er hægt að ná styrkleika nálægt 1026 W/cm2 jafnvel án þess að læsa eftir þéttingu og fasa. Ef samstilling fasa milli rásanna er læst verður ljósstyrkur nokkrum sinnum hærri. Með því að nota þessa plötusnúða púlsstyrk og fjölrásargeislaskipulag mun framtíðar XCEL aðstöðin geta framkvæmt tilraunir með mjög miklum styrk, flóknum dreifingu ljóssvæðis og greiningar milliverkunum með því að nota fjölrásar leysigeislana og auka geislun. Þetta mun gegna einstöku hlutverki á sviði ofurstyrks rafsegulsviðs tilraunaeðlisfræði.
Post Time: Mar-26-2024