Di demên dawî de, Enstîtuya Fîzîka Bikaranînî ya Akademiya Zanistên Rûsyayê Navenda eXawatt ji bo Lêkolîna Ronahiya Ekstrem (XCELS) da nasandin, ku bernameyek lêkolînê ye ji bo cîhazên zanistî yên mezin ên li ser bingeha pir...lazerên hêza bilindProje avakirina pirlazerê hêza bilindli ser bingeha teknolojiya amplîfîkasyona pulsa çirped a parametrîk a optîkî di krîstalên fosfata potasyûm dideuterium (DKDP, formula kîmyewî KD2PO4) de, bi derana giştî ya hêvîkirî ya 600 pulsên hêza lûtkeyê yên PW. Ev xebat hûrguliyên girîng û encamên lêkolînê li ser projeya XCELS û pergalên wê yên lazer peyda dike, serîlêdanên û bandorên potansiyel ên têkildarî têkiliyên qada ronahiyê ya ultra-bihêz vedibêje.
Bernameya XCELS di sala 2011an de bi armanca destpêkê ya bidestxistina hêzek herî zêde hate pêşniyar kirin.lazerderana pulsê ya 200 PW, ku niha ji bo 600 PW hatiye nûjenkirin.sîstema lazerêji sê teknolojiyên sereke pêk tê:
(1) Teknolojiya Optîkî ya Parametrîk a Çirped Puls Amplification (OPCPA) li şûna teknolojiya kevneşopî ya Çirped Puls Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) tê bikar anîn. CPA)
(2) Bi karanîna DKDP wekî navgîna qezenckirinê, hevahengiya qonaxa ultra fireh-band nêzîkî dirêjahiya pêlê ya 910 nm pêk tê;
(3) Lazerek cama neodymium a bi apertureke mezin ku enerjiya pulsê ya bi hezaran joule ye, ji bo pompekirina amplîfîkatorek parametrîk tê bikar anîn.
Lihevhatina qonaxa ultra-fireh-band di gelek krîstalan de bi berfirehî tê dîtin û di lazerên femtoçirkeyan ên OPCPA de tê bikar anîn. Krîstalên DKDP têne bikar anîn ji ber ku ew tenê materyalê ku di pratîkê de tê dîtin in ku dikarin heta deh santîmetreyan vebûnê werin mezin kirin û di heman demê de xwedî taybetmendiyên optîkî yên qebûlkirî ne ku piştgiriyê bidin amplîfîkasyona hêza pir-PW.lazerDema ku krîstala DKDP ji aliyê ronahiya ducarî ya lazera cama ND ve tê pompekirin, heke dirêjahiya pêlê ya hilgirê pulsa zêdekirî 910 nm be, sê şertên pêşîn ên berfirehkirina Taylor a nelihevhatina vektora pêlê 0 in.
Wêne 1 nexşeyek şematîk a sîstema lazerê XCELS e. Beşa pêşiyê pulsên femtoçirkeyî yên çirpandî bi dirêjahiya pêlê ya navendî ya 910 nm (1.3 di Wêne 1 de) û pulsên nanozirkeyên 1054 nm yên ku di lazera pompekirî ya OPCPA de hatine derzîkirin (1.1 û 1.2 di Wêne 1 de) çêkirine. Beşa pêşiyê her weha senkronîzekirina van pulsan û her weha parametreyên enerjî û cîh-demî yên pêwîst peyda dike. OPCPA-yek navîn ku bi rêjeyek dubarekirina bilindtir (1 Hz) dixebite, pulsa çirpandî heya deh joulan zêde dike (2 di Wêne 1 de). Puls ji hêla Booster OPCPA ve bêtir tê zêdekirin û dibe tîrêjek kîlojoule ya yekane û dibe 12 tîrêjên binî yên wekhev (4 di Wêne 1 de). Di 12 OPCPA-ya dawîn de, her yek ji 12 pulsên ronahiyê yên çirpandî heya asta kîlojoule (5 di Wêne 1 de) tê zêdekirin û dûv re ji hêla 12 şebekeyên zextê ve tê pêçandin (GC ya 6 di Wêne 1 de). Fîltera belavbûna bernamekirî ya akusto-optîk li pêşiyê tê bikar anîn da ku belavbûna leza komê û belavbûna rêza bilind bi awayekî rast were kontrol kirin, da ku firehiya pulsê ya herî kêm were bidestxistin. Spektrumê pulsê xwedan şiklê supergaussê ya nêzîkî rêza 12-an e, û firehiya spektral li 1% ji nirxa herî zêde 150 nm e, ku bi firehiya sînor a veguherîna Fourier a 17 fs re têkildar e. Dema ku tezmînata belavbûna netemam û dijwarîya tezmînata qonaxa ne-xêzik di amplîfîkatorên parametrîk de tê hesibandin, firehiya pulsê ya tê çaverêkirin 20 fs e.
Lazera XCELS dê du modulên duqatkirina frekansê yên lazera cama neodymium UFL-2M ya 8-kanal bikar bîne (3 di Şekil 1 de), ku ji wan 13 kanal dê ji bo pompkirina Booster OPCPA û 12 OPCPA ya dawî werin bikar anîn. Sê kanalên mayî dê wekî nanocoule pulsên serbixwe yên nanocunce werin bikar anîn.çavkaniyên lazerêji bo ceribandinên din. Bi sînorê hilweşîna optîkî ya krîstalên DKDP ve sînorkirî, şîdeta tîrêjê ya pulsa pompekirî ji bo her kanalê li 1.5 GW/cm2 hatîye danîn û dem 3.5 ns ye.
Her kanala lazera XCELS pulsên bi hêza 50 PW çêdike. Bi tevahî 12 kanal bi tevahî hêza derketinê ya 600 PW peyda dikin. Di odeya hedefa sereke de, di şert û mercên îdeal de, şiddeta fokuskirinê ya herî zêde ya her kanalê 0.44×1025 W/cm2 ye, bi texmîna ku hêmanên fokuskirinê yên F/1 ji bo fokuskirinê têne bikar anîn. Ger pulsa her kanalê bi teknîka piştî-kompresyonkirinê heta 2.6 fs bêtir were pêçandin, hêza pulsa derketinê ya têkildar dê bigihîje 230 PW, ku bi şiddeta ronahiyê ya 2.0×1025 W/cm2 re têkildar e.
Ji bo bidestxistina şiddeta ronahiyê ya mezintir, bi derana 600 PW, pulsên ronahiyê yên di 12 kanalan de dê di geometriya tîrêjiya dîpolê ya berevajî de werin fokuskirin, wekî ku di Wêne 2 de tê xuyang kirin. Dema ku qonaxa pulsê di her kanalê de neqefilandî be, şiddeta fokusê dikare bigihîje 9×1025 W/cm2. Ger her qonaxa pulsê qefilandî û senkronîze be, şiddeta ronahiyê ya encam a hevgirtî dê bigihîje 3.2×1026 W/cm2. Ji bilî odeya hedefa sereke, projeya XCELS heta 10 laboratuarên bikarhêner vedihewîne, ku her yek yek an çend tîrêj ji bo ceribandinan werdigire. Bi karanîna vê qada ronahiyê ya pir bihêz, projeya XCELS plan dike ku di çar kategoriyan de ceribandinan bike: pêvajoyên elektrodînamîka kûantûmê di zeviyên lazer ên dijwar de; Hilberîn û lezandina perçeyan; Çêbûna tîrêjiya elektromagnetîk a duyemîn; Astrofîzîka laboratuarê, pêvajoyên dendika enerjiya bilind û lêkolîna teşhîsê.
WÊNE 2. Geometrîya fokuskirinê di odeya hedefa sereke de. Ji bo zelaliyê, neynika parabolîk a tîrêjê 6 li ser zelaliyê hatiye danîn, û tîrêjên ketin û derketinê tenê du kanalên 1 û 7 nîşan didin.
Wêne 3 nexşeya fezayî ya her qada fonksiyonel a pergala lazerê XCELS di avahiya ceribandinê de nîşan dide. Elektrîk, pompên valahiyê, dermankirina avê, paqijkirin û klîmayê di jêrzemînê de ne. Rûbera tevahî ya avakirinê ji 24,000 m2 zêdetir e. Xerckirina tevahî ya enerjiyê nêzîkî 7.5 MW e. Avahiya ceribandinê ji çarçoveyek tevahî ya vala ya hundurîn û beşek derveyî pêk tê, ku her yek li ser du bingehên ji hev veqetandî hatiye çêkirin. Pergalên valahiyê û yên din ên ku lerzînê çêdikin li ser bingeha îzolekirî ya lerzînê têne saz kirin, da ku mezinahiya têkçûna ku bi rêya bingeh û piştgiriyê ji pergala lazerê re tê şandin di rêza frekansê ya 1-200 Hz de ji 10-10 g2/Hz kêmtir be. Wekî din, toreke nîşankerên referansa jeodezîk di hola lazerê de tê saz kirin da ku bi awayekî sîstematîk lerzîna erd û alavan were şopandin.
Projeya XCELS armanc dike ku tesîseke lêkolînê ya zanistî ya mezin li ser bingeha lazerên hêza lûtkeya pir zêde biafirîne. Kanalek ji pergala lazerê XCELS dikare şîddeteke ronahiyê ya fokuskirî çend caran ji 1024 W/cm2 bilindtir peyda bike, ku bi teknolojiya piştî-kompresyonê dikare ji 1025 W/cm2 bêtir were derbas kirin. Bi pulsên fokuskirina dîpolê ji 12 kanalên di pergala lazerê de, şîddeteke nêzîkî 1026 W/cm2 dikare bêyî piştî-kompresyon û kilîtkirina qonaxê jî were bidestxistin. Ger senkronîzasyona qonaxê di navbera kanalan de were kilît kirin, şîddeta ronahiyê dê çend caran bilindtir be. Bi karanîna van şîddetên pulsê yên rekordşikêner û nexşeya tîrêjê ya pir-kanal, tesîsa XCELS ya pêşerojê dê bikaribe ceribandinên bi şîddeta pir bilind, belavkirinên qada ronahiyê yên tevlihev pêk bîne, û têkiliyan bi karanîna tîrêjên lazerê yên pir-kanal û tîrêjên duyemîn teşhîs bike. Ev ê di warê fîzîka ceribandinê ya qada elektromagnetîk a pir-bihêz de rolek bêhempa bilîze.
Dema weşandinê: 26ê Adarê, 2024