Barulaser kuasa tinggi. Projek ini merangkumi pembinaan yang sangatlaser kuasa tinggiBerdasarkan teknologi amplifikasi nadi parametrik optik dalam aperture besar kalium dideuterium fosfat (DKDP, formula kimia KD2PO4), dengan jumlah output yang dijangkakan sebanyak 600 pw pulses kuasa puncak. Kerja ini memberikan butiran penting dan penemuan penyelidikan mengenai projek XCELS dan sistem lasernya, menerangkan aplikasi dan kesan potensi yang berkaitan dengan interaksi medan cahaya ultra-kuat.
Program Xcels dicadangkan pada tahun 2011 dengan matlamat awal untuk mencapai kuasa puncaklaserOutput nadi 200 PW, yang kini dinaik taraf kepada 600 PW. ItuSistem laserbergantung pada tiga teknologi utama:
(1) Teknologi amplifikasi nadi parametrik optik (OPCPA) digunakan bukannya penguatan nadi tradisional (penguatan nadi chirped, OPCPA). CPA) Teknologi;
(2) Menggunakan DKDP sebagai medium keuntungan, pemadanan fasa ultra wideband direalisasikan berhampiran panjang gelombang 910 nm;
(3) Laser kaca neodymium aperture besar dengan tenaga nadi beribu -ribu joules digunakan untuk mengepam penguat parametrik.
Pencocokan fasa ultra-wideband secara meluas dijumpai di banyak kristal dan digunakan dalam laser femtosecond OPCPA. Kristal DKDP digunakan kerana ia adalah satu-satunya bahan yang terdapat dalam amalan yang boleh ditanam kepada puluhan sentimeter apertur dan pada masa yang sama mempunyai kualiti optik yang boleh diterima untuk menyokong penguatan kuasa multi-PWlaser. Telah didapati bahawa apabila kristal DKDP dipam oleh cahaya frekuensi ganda laser kaca ND, jika panjang gelombang pembawa denyut nadi adalah 910 nm, tiga istilah pertama pengembangan Taylor dari ketidakcocokan vektor gelombang adalah 0.
Rajah 1 adalah susun atur skematik sistem laser Xcels. Hujung depan menghasilkan denyutan femtosecond cheRped dengan panjang gelombang pusat 910 nm (1.3 dalam Rajah 1) dan 1054 nm denyutan nanosecond yang disuntik ke dalam laser yang dipam OPCPA (1.1 dan 1.2 dalam Rajah 1). Hujung depan juga memastikan penyegerakan denyutan ini serta parameter tenaga dan spatiotemporal yang diperlukan. OPCPA perantaraan yang beroperasi pada kadar pengulangan yang lebih tinggi (1 Hz) menguatkan denyut nadi kepada puluhan joules (2 dalam Rajah 1). Nadi ini dikuatkan lagi oleh booster OPCPA ke dalam satu kilojoule rasuk dan dibahagikan kepada 12 sub-rasuk yang sama (4 dalam Rajah 1). Pada 12 OPCPA akhir, setiap 12 denyutan cahaya berkicau dikuatkan ke tahap kilojoule (5 dalam Rajah 1) dan kemudian dimampatkan oleh 12 grating mampatan (GC 6 dalam Rajah 1). Penapis penyebaran yang boleh diprogramkan oleh acousto-optik digunakan di bahagian depan untuk mengawal penyebaran halaju kumpulan dan penyebaran pesanan tinggi, untuk mendapatkan lebar nadi yang paling kecil. Spektrum nadi mempunyai bentuk hampir ke-12 Supergauss, dan jalur lebar spektrum pada 1% daripada nilai maksimum adalah 150 nm, sepadan dengan lebar nadi transformasi Fourier 17 fs. Memandangkan pampasan penyebaran yang tidak lengkap dan kesukaran pampasan fasa tak linear dalam penguat parametrik, lebar nadi yang dijangkakan ialah 20 fs.
Laser Xcels akan menggunakan dua 8 saluran UFL-2M Neodymium laser frekuensi laser menggandakan modul (3 dalam Rajah 1), di mana 13 saluran akan digunakan untuk mengepam booster OPCPA dan 12 OPCPA akhir. Baki tiga saluran akan digunakan sebagai Kilojoule Nanosecond Bebas PulsedSumber laseruntuk eksperimen lain. Terhad oleh ambang pecahan optik kristal DKDP, intensiti penyinaran nadi yang dipam ditetapkan kepada 1.5 gW/cm2 untuk setiap saluran dan tempohnya adalah 3.5 ns.
Setiap saluran laser Xcels menghasilkan denyutan dengan kuasa 50 pw. Sebanyak 12 saluran menyediakan jumlah kuasa output sebanyak 600 pw. Di ruang sasaran utama, intensiti fokus maksimum setiap saluran di bawah keadaan yang ideal ialah 0.44 × 1025 W/cm2, dengan mengandaikan bahawa unsur -unsur fokus f/1 digunakan untuk memberi tumpuan. Sekiranya nadi setiap saluran dimampatkan lagi kepada 2.6 fs dengan teknik pasca pemampatan, kuasa nadi output yang sepadan akan ditingkatkan kepada 230 PW, sepadan dengan intensiti cahaya 2.0 × 1025 w/cm2.
Untuk mencapai intensiti cahaya yang lebih besar, pada output 600 PW, denyutan cahaya dalam 12 saluran akan difokuskan dalam geometri radiasi dipole songsang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Jika setiap fasa nadi terkunci dan disegerakkan, intensiti cahaya yang koheren akan ditingkatkan kepada 3.2 × 1026 w/cm2. Sebagai tambahan kepada bilik sasaran utama, projek Xcels termasuk sehingga 10 makmal pengguna, masing -masing menerima satu atau lebih rasuk untuk eksperimen. Dengan menggunakan medan cahaya yang sangat kuat ini, projek Xcels merancang untuk menjalankan eksperimen dalam empat kategori: proses elektrodinamik kuantum dalam bidang laser yang sengit; Pengeluaran dan percepatan zarah; Penjanaan radiasi elektromagnet sekunder; Astrofizik makmal, proses ketumpatan tenaga yang tinggi dan penyelidikan diagnostik.
Rajah. 2 memfokuskan geometri di ruang sasaran utama. Untuk kejelasan, cermin parabola rasuk 6 ditetapkan kepada telus, dan rasuk input dan output hanya menunjukkan dua saluran 1 dan 7
Rajah 3 menunjukkan susun atur ruang setiap kawasan berfungsi sistem laser Xcels di bangunan eksperimen. Elektrik, pam vakum, rawatan air, pembersihan dan penyaman udara terletak di ruangan bawah tanah. Jumlah kawasan pembinaan adalah lebih daripada 24,000 m2. Jumlah penggunaan kuasa adalah kira -kira 7.5 mW. Bangunan eksperimen terdiri daripada bingkai keseluruhan berongga dalaman dan seksyen luaran, masing -masing dibina di atas dua asas yang dipadam. Vakum dan sistem getaran lain dipasang pada asas getaran yang berasal dari getaran, supaya amplitud gangguan yang dihantar ke sistem laser melalui asas dan sokongan dikurangkan kepada kurang dari 10-10 G2/Hz dalam julat kekerapan 1-200 Hz. Di samping itu, rangkaian penanda rujukan geodesik ditubuhkan di dewan laser untuk memantau secara sistematik tanah dan peralatan.
Projek XCELS bertujuan untuk mewujudkan kemudahan penyelidikan saintifik yang besar berdasarkan laser kuasa puncak yang sangat tinggi. Satu saluran sistem laser Xcels boleh memberikan intensiti cahaya yang difokuskan beberapa kali lebih tinggi daripada 1024 w/cm2, yang boleh dilebihi dengan 1025 W/cm2 dengan teknologi pasca pembuatan. Dengan denyutan pulsa dipole dari 12 saluran dalam sistem laser, intensiti hampir 1026 w/cm2 dapat dicapai walaupun tanpa pasca mampatan dan mengunci fasa. Jika penyegerakan fasa antara saluran terkunci, intensiti cahaya akan beberapa kali lebih tinggi. Menggunakan intensiti nadi pemecahan rekod ini dan susun atur rasuk pelbagai saluran, kemudahan XCELS masa depan akan dapat melakukan eksperimen dengan intensiti yang sangat tinggi, pengagihan medan cahaya yang kompleks, dan mendiagnosis interaksi menggunakan rasuk laser pelbagai saluran dan radiasi sekunder. Ini akan memainkan peranan yang unik dalam bidang fizik eksperimen medan elektromagnet yang sangat kuat.
Masa Post: Mar-26-2024