Recentemente, l'Istitutu di Fisica Applicata di l'Academia Russa di Scienze hà introduttu u Centru eXawatt per Studiu di Luce Estrema (XCELS), un prugramma di ricerca per i grandi dispositi scientifichi basatu annantulaser d'alta putenza. U prughjettu include a custruzzione di un assailaser d'alta putenzabasatu annantu à a tecnulugia di amplificazione di impulsi chirped parametri ottici in cristalli di fosfatatu di dideuterium di potassiu di grande apertura (DKDP, formula chimica KD2PO4), cù una pruduzzione tutale prevista di 600 impulsi di potenza di picco PW. Stu travagliu furnisce ditaglii impurtanti è risultati di ricerca nantu à u prughjettu XCELS è i so sistemi laser, descrive l'applicazioni è l'impatti potenziali ligati à l'interazzione di u campu di luce ultra-forte.
U prugramma XCELS hè statu prupostu in 2011 cù u scopu iniziale di ottene una putenza di puntalaseroutput impulsu di 200 PW, chì hè attualmente aghjurnatu à 600 PW. U sosistema lasersi basa nantu à trè tecnulugia chjave:
(1) A tecnulugia Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) hè aduprata invece di a tradiziunale Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) tecnulugia;
(2) Utilizendu DKDP cum'è u mediu di guadagnu, a cuncordanza di fasi di banda ultra larga hè realizata vicinu à a lunghezza d'onda di 910 nm;
(3) Un laser di vetru di neodimiu di grande apertura cù una energia di impulsu di millaie di joule hè utilizatu per pompà un amplificatore parametricu.
U cunfrontu di fasi ultra-wideband hè largamente truvatu in parechji cristalli è hè adupratu in laser femtosecondi OPCPA. I cristalli DKDP sò usati perchè sò l'unicu materiale chì si trova in pratica chì pò esse cultivatu à decine di centimetri di apertura è à u stessu tempu anu qualità ottiche accettabili per sustene l'amplificazione di u putere multi-PW.lasers. Hè truvatu chì quandu u cristallu DKDP hè pompatu da a luce di freccia doppia di u laser di vetru ND, se a lunghezza d'onda di u traspurtadore di l'impulsu amplificatu hè 910 nm, i primi trè termini di l'espansione di Taylor di a discordanza di vettore d'onda sò 0.
A Figura 1 hè un schema schematicu di u sistema laser XCELS. L'estremità frontale hà generatu impulsi femtosecondi chirped cù una lunghezza d'onda centrale di 910 nm (1,3 in Figura 1) è impulsi nanosecondi 1054 nm iniettati in u laser pompatu OPCPA (1,1 è 1,2 in Figura 1). U front-end assicura ancu a sincronizazione di sti impulsi è ancu l'energia necessaria è i paràmetri spatiotemporali. Un OPCPA intermediu chì opera à una rata di ripetizione più alta (1 Hz) amplifica l'impulsu chirped à decine di joule (2 in Figura 1). L'impulsu hè ancu amplificatu da u Booster OPCPA in un unicu fasciu di kilojoule è divisu in 12 sub-fasci identici (4 in Figura 1). In l'ultima 12 OPCPA, ognunu di i 12 impulsi di luce chirped hè amplificatu à u livellu di kilojoule (5 in Figura 1) è dopu cumpressu da 12 reti di compressione (GC di 6 in Figura 1). U filtru di dispersione programmable acustu-otticu hè utilizatu in u front-end per cuntrullà precisamente a dispersione di a velocità di u gruppu è a dispersione d'ordine altu, in modu di ottene a larghezza di impulsu più chjuca pussibule. U spettru di l'impulsu hà una forma di quasi 12th-order supergauss, è a larghezza di banda spettrale à 1% di u valore massimu hè 150 nm, chì currisponde à a larghezza di impulsu di limitu di trasformazione di Fourier di 17 fs. In cunsiderà a compensazione di dispersione incompleta è a difficultà di a compensazione di fasi non lineari in amplificatori parametrici, a larghezza di impulsu prevista hè 20 fs.
U laser XCELS impiegarà dui moduli di raddoppiu di frequenza laser di vetru neodimiu UFL-2M à 8 canali (3 in Figura 1), di i quali 13 canali seranu utilizati per pompà u Booster OPCPA è 12 OPCPA finali. I restanti trè canali seranu utilizati cum'è nanosecondi kilojoule pulsati indipendentifonti laserper altri esperimenti. Limitatu da u sogliu di rottura otticu di i cristalli DKDP, l'intensità di irradiazione di u pulsu pompatu hè stabilitu à 1.5 GW / cm2 per ogni canale è a durata hè 3.5 ns.
Ogni canale di u laser XCELS produce impulsi cù una putenza di 50 PW. Un totale di 12 canali furnisce una putenza di output tutale di 600 PW. In a camera di destinazione principale, l'intensità massima di focu di ogni canale in cundizioni ideali hè 0.44 × 1025 W / cm2, assumendu chì l'elementi di focus F / 1 sò usati per fucalizza. Se u pulsu di ogni canale hè più cumpressu à 2.6 fs da a tecnica di post-compressione, a putenza di impulsu di output currispondente serà aumentata à 230 PW, currispundenti à l'intensità luminosa di 2.0 × 1025 W / cm2.
Per ottene una intensità luminosa più grande, à l'output di 600 PW, l'impulsi di luce in i canali 12 seranu focalizati in a geometria di a radiazione dipolu inversa, cum'è mostra in a Figura 2. Quandu a fase di impulsu in ogni canali ùn hè micca chjusu, l'intensità di u focu pò esse. ghjunghje à 9 × 1025 W/cm2. Se ogni fase di impulsu hè chjusa è sincronizata, l'intensità luminosa risultante coherente serà aumentata à 3,2 × 1026 W / cm2. In più di a stanza di destinazione principale, u prughjettu XCELS include finu à 10 laboratorii d'utilizatori, ognunu riceve unu o più fasci per esperimenti. Utilizendu stu campu di luce estremamente forte, u prughjettu XCELS prughjetta di fà esperimenti in quattru categurie: prucessi di l'elettrodinamica quantistica in campi laser intensi; A pruduzzione è l'accelerazione di particeddi; A generazione di radiazione elettromagnetica secundaria; Astrofisica di laboratoriu, prucessi di alta densità di energia è ricerca diagnostica.
FIG. 2 Focalizà a geometria in a camera principale di destinazione. Per a chiarezza, u specchiu parabolicu di u fasciu 6 hè stallatu à trasparente, è i fasci di input è output mostranu solu dui canali 1 è 7.
A Figura 3 mostra u layout spaziale di ogni area funziunale di u sistema laser XCELS in u bastimentu sperimentale. L'electricità, e pompe di vacuum, u trattamentu di l'acqua, a purificazione è l'aria condizionata sò situati in u sotano. L'area di custruzzione tutale hè più di 24 000 m2. U cunsumu tutale di energia hè di circa 7,5 MW. L'edifiziu sperimentale hè custituitu da un quadru generale cavu internu è una sezione esterna, ognuna custruita nantu à duie fundazioni disaccoppiate. U vacuum è altri sistemi chì inducenu a vibrazione sò stallati nantu à a fundazione isolata da a vibrazione, in modu chì l'amplitude di u disturbu trasmessa à u sistema laser à traversu a fundazione è u supportu hè ridutta à menu di 10-10 g2 / Hz in a freccia di freccia. 1-200 Hz. Inoltre, una reta di marcatori di riferimentu geodesicu hè stallata in a sala laser per monitorizà sistematicamente a deriva di a terra è l'equipaggiu.
U prughjettu XCELS hà u scopu di creà un grande stabilimentu di ricerca scientifica basatu annantu à laser di potenza di punta estremamente alta. Un canale di u sistema laser XCELS pò furnisce una intensità di luce focalizzata parechje volte più altu di 1024 W / cm2, chì pò esse più sopra à 1025 W / cm2 cù a tecnulugia di post-compressione. Per impulsi di dipole-focusing da 12 canali in u sistema laser, una intensità vicinu à 1026 W / cm2 pò esse ottenuta ancu senza post-compressione è bloccu di fase. Se a sincronizazione di fasi trà i canali hè chjusa, l'intensità luminosa serà parechje volte più altu. Utilizendu queste intensità di impulsi record è u layout di fasciu multi-canale, a futura facilità XCELS serà capace di fà esperimenti cù intensità estremamente alta, distribuzioni di campi luminosi cumplessi, è diagnosticà interazzione cù raggi laser multicanale è radiazione secundaria. Questu hà da ghjucà un rolu unicu in u campu di a fisica sperimentale di u campu elettromagneticu super forte.
Tempu di Postu: 26-Mar-2024