Láìpẹ́ yìí, Institute of Applied Physics ti Russian Academy of Sciences ṣe ìfilọ́lẹ̀ eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS), ètò ìwádìí kan fún àwọn ẹ̀rọ ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ńláńlá tí ó dá lórí àwọn ohun èlò ìwádìí tó ga jùlọawọn lesa agbara gigaIṣẹ́ náà ní nínú kíkọ́ ohun kan tó ṣe pàtàkìlesa agbara gigada lori imọ-ẹrọ amplification optical parametric chirmetric ninu awọn kirisita potassium dideuterium phosphate nla (DKDP, agbekalẹ kemikali KD2PO4), pẹlu abajade apapọ ti a reti ti awọn pulses agbara tente oke 600 PW. Iṣẹ yii pese awọn alaye pataki ati awọn awari iwadii nipa iṣẹ akanṣe XCELS ati awọn eto lesa rẹ, ti o ṣalaye awọn ohun elo ati awọn ipa ti o le ni ibatan si awọn ibaraenisepo aaye ina ti o lagbara pupọ.
Ètò XCELS ni a dabaa ni ọdun 2011 pẹlu ero akọkọ lati de ipo agbara giga.lesaìjáde ìfúnpọ̀ agbára 200 PW, èyí tí a ń gbéga sí 600 PW lọ́wọ́lọ́wọ́.Ètò LésàO da lori awọn imọ-ẹrọ pataki mẹta:
(1) A lo ìmọ̀ ẹ̀rọ Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) dípò ìmọ̀ ẹ̀rọ Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA).
(2) Nípa lílo DKDP gẹ́gẹ́ bí ohun èlò gain, ìbáramu ìpele ultra wideband ni a ṣe nítòsí ìgbì omi 910 nm;
(3) A lo lesa gilasi neodymium nla ti o ni agbara pulse ti ẹgbẹẹgbẹrun awọn joules lati fa fifa amplifier parametric kan.
A rí ìbáramu ipele Ultra-wideband nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ kirisitali, a sì ń lò ó nínú àwọn lesa femtosecond OPCPA. A ń lo àwọn kirisita DKDP nítorí pé wọ́n jẹ́ ohun èlò kan ṣoṣo tí a lè rí ní ìṣe tí a lè gbìn sí mẹ́wàá centimeters ti ihò àti ní àkókò kan náà ní àwọn ànímọ́ opitika tí ó ṣeé gbà láti ṣe àtìlẹ́yìn fún ìdàgbàsókè agbára multi-PWawọn lesaA rí i pé nígbà tí ìmọ́lẹ̀ ìgbóná méjì ti lésà gilasi ND bá fa kírísítà DKDP, tí ìgbì omi onígbòòrò ti ìlù tí a ti mú pọ̀ sí i bá jẹ́ 910 nm, àwọn ọ̀rọ̀ mẹ́ta àkọ́kọ́ ti ìfàsẹ́yìn Taylor ti àìbáramu vector ìgbì ni 0.
Àwòrán 1 jẹ́ ìṣètò onípele ti ètò lésà XCELS. Ìpẹ̀kun iwájú náà mú àwọn ìlù ìṣẹ́jú kejì onípele onípele pẹ̀lú ìgbì àárín gbùngbùn 910 nm (1.3 nínú Àwòrán 1) àti àwọn ìlù ìṣẹ́jú kejì 1054 nm tí a fi sínú lésà tí a fi OPCPA ṣe (1.1 àti 1.2 nínú Àwòrán 1). Ìpẹ̀kun iwájú náà tún ń rí i dájú pé àwọn ìlù wọ̀nyí ń ṣiṣẹ́ pọ̀ pẹ̀lú agbára àti àwọn pàrámítà spatiotemporal tí a nílò. OPCPA àárín tí ń ṣiṣẹ́ ní ìwọ̀n àtúnṣe gíga (1 Hz) ń mú ìlù ìṣẹ́jú pọ̀ sí mẹ́wàá àwọn joules (2 nínú Àwòrán 1). A tún mú ìlù ìṣẹ́jú pọ̀ sí i nípasẹ̀ Booster OPCPA sínú ìlù kìlójoule kan ṣoṣo, a sì pín in sí àwọn ìlù kékeré méjìlá tí ó jọra (4 nínú Àwòrán 1). Nínú OPCPA 12 ìkẹyìn, a mú ìlù ìmọ́lẹ̀ onípele 12 náà pọ̀ sí ìpele kìlójoule (5 nínú Àwòrán 1) lẹ́yìn náà a fi àwọn grátì ìfúnpọ̀ 12 tẹ̀ wọ́n (GC ti 6 nínú Àwòrán 1). A lo àlẹ̀mọ́ ìtúpalẹ̀ acousto-optic ní iwájú láti ṣàkóso ìtúpalẹ̀ iyàrá ẹgbẹ́ àti ìtúpalẹ̀ ìpele gíga, kí ó baà lè gba ìwọ̀n ìtúpalẹ̀ ìpele tó kéré jùlọ. Ìwọ̀n ìtúpalẹ̀ ìpele náà ní ìrísí supergauss tó fẹ́rẹ̀ẹ́ tó ìpele 12, àti ìpele ìtúpalẹ̀ ìpele 1% ti iye tó pọ̀ jùlọ jẹ́ 150 nm, tó bá ìwọ̀n ìtúpalẹ̀ ìyípadà Fourier mu ti 17 fs. Ní ríronú nípa ìtúnṣe ìtúpalẹ̀ tí kò pé àti ìṣòro ìtúnṣe ìpele tí kò ní ìlà nínú àwọn amplifiers parametric, ìwọ̀n ìtúpalẹ̀ tí a retí jẹ́ 20 fs.
Lésà XCELS yóò lo àwọn modulu méjì tí ó ní ikanni 8-channel UFL-2M neodymium glass laser frequency doubling modules (3 nínú Àwòrán 1), nínú èyí tí a ó lo àwọn ikanni 13 láti fa Booster OPCPA àti OPCPA ìkẹyìn 12. Àwọn ikanni mẹ́ta tí ó kù ni a ó lò gẹ́gẹ́ bí nanosecond kilojoule pulsed aláìdádúró.awọn orisun lesafún àwọn àyẹ̀wò mìíràn. Ní ààlà ìfọ́jú optíkì ti àwọn kirisita DKDP, agbára ìtànṣán ti ìlù tí a fi sínú omi ni a ṣètò sí 1.5 GW/cm2 fún ikanni kọ̀ọ̀kan àti pé àkókò náà jẹ́ 3.5 ns.
Ikanna kọọkan ti lesa XCELS n pese awọn pulses pẹlu agbara ti 50 PW. Apapọ awọn ikanni 12 pese agbara iṣelọpọ lapapọ ti 600 PW. Ninu yara afojusun akọkọ, agbara ifọkansi ti o pọ julọ ti ikanni kọọkan labẹ awọn ipo ti o dara julọ jẹ 0.44×1025 W/cm2, ti a ba ro pe awọn eroja idojukọ F/1 ni a lo fun idojukọ. Ti a ba tun fun pulse ikanni kọọkan pọ si 2.6 fs nipasẹ ọna-ọna lẹhin-titẹsi, agbara pulse ti o baamu yoo pọ si 230 PW, ti o baamu pẹlu agbara ina ti 2.0×1025 W/cm2.
Láti ṣe àṣeyọrí agbára ìmọ́lẹ̀ tó pọ̀ sí i, ní ìṣẹ̀dá 600 PW, àwọn ìlù ìmọ́lẹ̀ nínú àwọn ikanni 12 yóò dojúkọ nínú àwòrán ìtànṣán dipole onípele, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 2. Nígbà tí ìpele ìlù ẹ̀jẹ̀ nínú ikanni kọ̀ọ̀kan kò bá ti pa, agbára ìfọkànsí lè dé 9×1025 W/cm2. Tí ìpele ìlù kọ̀ọ̀kan bá ti pa tí a sì ti múra sílẹ̀, agbára ìmọ́lẹ̀ tó sopọ̀ mọ́ ara wọn yóò pọ̀ sí 3.2×1026 W/cm2. Ní àfikún sí yàrá àfojúsùn pàtàkì, iṣẹ́ XCELS ní àwọn yàrá ìwádìí tó tó 10, tí ọ̀kọ̀ọ̀kan wọn ń gba ìlù kan tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ fún àwọn àdánwò. Nípa lílo pápá ìmọ́lẹ̀ tó lágbára gan-an yìí, iṣẹ́ XCELS gbèrò láti ṣe àwọn àdánwò ní àwọn ẹ̀ka mẹ́rin: àwọn ìlànà electrodynamics quantum nínú àwọn pápá laser líle; Ìṣẹ̀dá àti ìyára àwọn èròjà; Ìṣẹ̀dá ìtànṣán electromagnetic kejì; ìmọ̀ ìjìnlẹ̀ yàrá, àwọn ìlànà agbára gíga àti ìwádìí àyẹ̀wò.
ÀWÒRÁN 2 Ìrísí ojú tí a fi ń wo yàrá ìfọkànsí pàtàkì. Fún òye, a ṣètò dígí parabolic ti ìtànṣán 6 sí kedere, àti àwọn ìtànṣán ìtẹ̀wọlé àti ìjáde fi àwọn ikanni méjì 1 àti 7 hàn.
Àwòrán 3 fi ìṣètò ààyè gbogbo agbègbè iṣẹ́ ti ẹ̀rọ lésà XCELS hàn nínú ilé ìdánwò náà. Ina mànàmáná, àwọn ẹ̀rọ ìfọ́ omi, ìtọ́jú omi, ìwẹ̀nùmọ́ àti afẹ́fẹ́ afẹ́fẹ́ wà ní ìsàlẹ̀ ilé. Àpapọ̀ agbègbè ìkọ́lé náà ju 24,000 m2 lọ. Àpapọ̀ agbára tí a ń lò jẹ́ nǹkan bí 7.5 MW. Ilé ìdánwò náà ní fírẹ́mù gbogbogbòò tí ó wà ní inú àti apá kan tí ó wà ní ìta, tí a kọ́ lórí ìpìlẹ̀ méjì tí a ti ya sọ́tọ̀. A fi àwọn èéfín àti àwọn ètò míràn tí ń fa ìgbọ̀nsẹ̀ sí ìpìlẹ̀ tí a yà sọ́tọ̀ fún ìgbọ̀nsẹ̀, kí ó baà lè dín ìgbọ̀nsẹ̀ tí a gbé sí ẹ̀rọ lésà nípasẹ̀ ìpìlẹ̀ àti ìtìlẹ́yìn kù sí 10-10 g2/Hz ní ìwọ̀n ìgbìyànjú 1-200 Hz. Ní àfikún, a gbé nẹ́tíwọ́ọ̀kì àwọn àmì ìtọ́kasí geodesic kalẹ̀ ní gbọ̀ngàn lésà láti ṣe àkíyèsí ìṣíkiri ilẹ̀ àti àwọn ohun èlò ní ọ̀nà títọ́.
Iṣẹ́ XCELS ní èrò láti ṣẹ̀dá ilé ìwádìí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ńlá kan tí ó dá lórí àwọn léṣà agbára gíga gíga. Ikanni kan ti ètò léṣà XCELS le pese agbára ìmọ́lẹ̀ tí a fojú sí ní ìgbà púpọ̀ tí ó ga ju 1024 W/cm2 lọ, èyí tí a le tún kọjá 1025 W/cm2 pẹ̀lú ìmọ̀ ẹ̀rọ lẹ́yìn ìfúnpọ̀. Nípasẹ̀ àwọn ìfúnpọ̀ dípọ́l-focusing láti àwọn ikanni 12 nínú ètò léṣà, agbára tí ó súnmọ́ 1026 W/cm2 le ṣeé ṣe láìsí ìfúnpọ̀ lẹ́yìn ìfúnpọ̀ àti ìdènà ìpele. Tí ìṣọ̀kan ìpele láàrín àwọn ikanni bá ti pa, agbára ìmọ́lẹ̀ yóò ga ní ìgbà púpọ̀. Nípa lílo àwọn agbára ìfúnpọ̀ tí ó ń já àwọn àkọsílẹ̀ wọ̀nyí àti ìṣètò ìpele ìpele onípele, ilé-iṣẹ́ XCELS ọjọ́ iwájú yóò lè ṣe àwọn àyẹ̀wò pẹ̀lú agbára gíga gidigidi, ìpínkiri pápá ìmọ́lẹ̀ tí ó díjú, àti ṣe àyẹ̀wò ìbáṣepọ̀ nípa lílo àwọn ìlà léṣà onípele onípele àti ìtànṣán kejì. Èyí yóò kó ipa àrà ọ̀tọ̀ nínú pápá ti fisiksi ìdánwò pápá oní-eléktrónìkì tí ó lágbára gidigidi.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹta-26-2024