Недавно в Институте прикладной физики Российской академии наук представил Центр Exawatt Extreme Light Enlyвысокая мощность лазерыПолем Проект включает в себя строительство оченьвысокая мощность лазерОснована на оптической параметрической технологии амплификации пульса в больших апертуальных фосфат -фосфат (DKDP, химическая формула KD2PO4) с ожидаемой общей мощностью 600 пиковых импульсов мощности 600 PW. Эта работа предоставляет важные детали и результаты исследований о проекте XCELS и его лазерных системах, описывающих приложения и потенциальные воздействия, связанные с ультрапролистыми взаимодействиями легкого поля.
Программа Xcels была предложена в 2011 году с первоначальной целью достижения пиковой силылазерИмпульсный выход 200 PW, который в настоящее время модернизируется до 600 PW. Еголазерная системаполагается на три ключевые технологии:
(1) Используется технология оптического параметрического амплификации импульсного импульса (OPCPA) вместо традиционной амплификации хирсированного импульса (усиление импульса, OPCPA). CPA) технология;
(2), используя DKDP в качестве среды усиления, ультра широкополосное сопоставление фазы реализуется около длины волны 910 нм;
(3) Большая апертура неодимского стеклянного лазер с энергией импульса тысяч джоулей используется для накачки параметрического усилителя.
Ультра широкополосное сопоставление фазы широко обнаруживается во многих кристаллах и используется в фемтосекундных лазерах OPCPA. Кристаллы DKDP используются, потому что они являются единственным материалом, найденным на практике, который можно выращивать до десятков сантиметров апертуры и в то же время обладают приемлемыми оптическими качествами для поддержки усиления мощности с несколькими PWлазерыПолем Установлено, что когда кристалл DKDP накачивается двойным частотным светом ND стеклянной лазера, если длина волны носителя амплифицированного импульса составляет 910 нм, первые три члена расширения Тейлора несоответствия волнового вектора составляют 0.
Рисунок 1 представляет собой схему макета лазерной системы Xcels. Передний конец, сгенерированные чирпными фемтосекундными импульсами с центральной длиной волны 910 нм (1,3 на рисунке 1) и наносекундными импульсами 1054 нм, введенные в лазер OPCPA (1,1 и 1,2 на рисунке 1). Передняя часть также обеспечивает синхронизацию этих импульсов, а также требуемые энергетические и пространственно -временные параметры. Промежуточный OPCPA, работающий с более высокой скоростью повторения (1 Гц), усиливает чирплентный импульс до десятков джоулей (2 на рисунке 1). Импульс дополнительно усиливается Booster OPCPA в одну килоджоулу и разделяется на 12 идентичных подборов (4 на рисунке 1). В последних 12 OPCPA каждый из 12 импульсов заскоченного света усиливается до уровня килоджоула (5 на рисунке 1), а затем сжимается 12 сжатиями (GC 6 на рисунке 1). Акусто-оптическая программируемая дисперсионная фильтр используется на переднем конце, чтобы точно определить дисперсию скорости контрольной группы и дисперсию высокого порядка, чтобы получить наименьшую возможную ширину импульса. Спектр импульса имеет форму почти 12-го порядка супергауса, а спектральная полоса пропускания на 1% от максимального значения составляет 150 нм, что соответствует ширине предельной импульсы преобразования Фурье 17 FS. Учитывая неполную компенсацию дисперсии и сложность нелинейной компенсации фазы в параметрических усилителях, ожидаемая ширина импульса составляет 20 фс.
В лазере Xcels будет использован два 8-канальных модуля неодимий-стеклянной лазерной частоты UFL-2M (3 на рисунке 1), из которых 13 каналов будут использоваться для накачки Booster OPCPA и 12 конечных OPCPA. Оставшиеся три канала будут использоваться в качестве независимой наносекундной килоджоулеЛазерные источникиДля других экспериментов. Ограниченная оптическим порогом разрушения кристаллов DKDP, интенсивность облучения накачанного импульса установлена на 1,5 ГВт/см2 для каждого канала, а продолжительность - 3,5 нс.
Каждый канал лазера Xcels производит импульсы с силой 50 PW. В общей сложности 12 каналов обеспечивают общую выходную мощность 600 PW. В основной целевой камере максимальная интенсивность фокусировки каждого канала в идеальных условиях составляет 0,44 × 1025 Вт/см2, предполагая, что для фокусировки используются элементы фокусировки f/1. Если импульс каждого канала дополнительно сжимается до 2,6 FS с помощью метода посткомпрессии, соответствующая мощность выходного импульса будет увеличена до 230 PW, что соответствует интенсивности света 2,0 × 1025 Вт/см2.
Для достижения большей интенсивности света при 600 PW -выводе импульсы света в 12 каналах будут сосредоточены на геометрии обратного дипольного излучения, как показано на рисунке 2. Когда фаза импульса в каждом канале не заблокирована, интенсивность фокуса может достигать 9 × 1025 Вт/см2. Если каждая пульсная фаза заблокирована и синхронизирована, когерентная результирующая интенсивность света будет увеличена до 3,2 × 1026 Вт/см2. В дополнение к основной целевой комнате, проект Xcels включает в себя до 10 пользовательских лабораторий, каждый из которых получает один или несколько лучей для экспериментов. Используя это чрезвычайно сильное световое поле, проект Xcels планирует провести эксперименты в четырех категориях: квантовые процессы электродинамики на интенсивных лазерных полях; Производство и ускорение частиц; Генерация вторичного электромагнитного излучения; Лабораторная астрофизика, процессы высокой плотности энергии и диагностические исследования.
ИНЖИР. 2 Фокус геометрии в основной целевой камере. Для ясности, параболическое зеркало луча 6 установлено для прозрачного, а входные и выходные балки показывают только два канала 1 и 7
На рисунке 3 показана пространственная планировка каждой функциональной области лазерной системы Xcels в экспериментальном здании. Электричество, вакуумные насосы, очистка воды, очистка и кондиционирование воздуха расположены в подвале. Общая площадь строительства составляет более 24 000 м2. Общее энергопотребление составляет около 7,5 МВт. Экспериментальное здание состоит из внутренней полой общей рамки и внешней секции, каждая из которых построена на двух отделенных фундаментах. Вакуумные и другие системы, индуцирующие вибрации, устанавливаются на основе, изолированной вибрацией, так что амплитуда нарушения, передаваемого в лазерную систему, через фундамент и поддержку, уменьшается до менее чем 10-10 G2/HZ в диапазоне частот 1-200 Гц. Кроме того, в лазерном зале установлена сеть геодезических эталонных маркеров для систематического контроля дрейфа земли и оборудования.
Проект Xcels направлен на создание крупного научного исследовательского объекта, основанного на чрезвычайно высоких пиковых мощных лазерах. Один канал лазерной системы Xcels может обеспечить целенаправленную интенсивность света в несколько раз выше 1024 Вт/см2, что может быть дополнительно превышено на 1025 Вт/см2 с помощью технологии посткомпрессии. Благодаря диполь-фокусирующему импульсам из 12 каналов в лазерной системе интенсивность, близкая к 1026 Вт/см2, может быть достигнута даже без посткомпрессии и фазовой блокировки. Если фазовая синхронизация между каналами заблокирована, интенсивность света будет в несколько раз выше. Используя эти рекордные интенсивности импульса и многоканальную компоновку луча, будущее объект Xcels сможет провести эксперименты с чрезвычайно высокой интенсивностью, сложными распределениями световых поля и диагностированием взаимодействий с использованием многоканальных лазерных луче и вторичного излучения. Это сыграет уникальную роль в области суперпроливного электромагнитного поля экспериментальной физики.
Пост времени: марта-26-2024