ఇటీవల, రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ eXawatt సెంటర్ ఫర్ ఎక్స్‌ట్రీమ్ లైట్ స్టడీ (XCELS)ను ప్రవేశపెట్టింది, ఇది చాలా పెద్ద సైంటిఫిక్ పరికరాల కోసం పరిశోధన కార్యక్రమం.అధిక శక్తి లేజర్లు. ప్రాజెక్ట్ చాలా నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుందిఅధిక శక్తి లేజర్ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా పెద్ద అపర్చర్ పొటాషియం డిడ్యూటెరియం ఫాస్ఫేట్ (DKDP, కెమికల్ ఫార్ములా KD2PO4) స్ఫటికాలు, మొత్తం 600 PW పీక్ పవర్ పల్స్‌ల అవుట్‌పుట్ అంచనా. ఈ పని XCELS ప్రాజెక్ట్ మరియు దాని లేజర్ సిస్టమ్‌ల గురించి ముఖ్యమైన వివరాలు మరియు పరిశోధన ఫలితాలను అందిస్తుంది, అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ లైట్ ఫీల్డ్ ఇంటరాక్షన్‌లకు సంబంధించిన అప్లికేషన్‌లు మరియు సంభావ్య ప్రభావాలను వివరిస్తుంది.
XCELS ప్రోగ్రామ్ గరిష్ట శక్తిని సాధించే ప్రారంభ లక్ష్యంతో 2011లో ప్రతిపాదించబడిందిలేజర్పల్స్ అవుట్‌పుట్ 200 PW, ఇది ప్రస్తుతం 600 PWకి అప్‌గ్రేడ్ చేయబడింది. దానిలేజర్ వ్యవస్థమూడు కీలక సాంకేతికతలపై ఆధారపడుతుంది:
(1) సాంప్రదాయ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ (చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్, OPCPA)కి బదులుగా ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ (OPCPA) సాంకేతికత ఉపయోగించబడుతుంది. CPA) సాంకేతికత;
(2) DKDPని లాభ మాధ్యమంగా ఉపయోగించడం, అల్ట్రా వైడ్‌బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ 910 nm తరంగదైర్ఘ్యం దగ్గర గ్రహించబడుతుంది;
(3) పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్‌ను పంప్ చేయడానికి వేలాది జూల్స్ పల్స్ ఎనర్జీతో కూడిన పెద్ద ఎపర్చరు నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ అనేక స్ఫటికాలలో విస్తృతంగా కనుగొనబడింది మరియు OPCPA ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది. DKDP స్ఫటికాలు ఉపయోగించబడతాయి, ఎందుకంటే అవి ఆచరణలో పదుల సెంటీమీటర్ల ఎపర్చరు వరకు పెరిగే ఏకైక పదార్థం మరియు అదే సమయంలో బహుళ-PW పవర్ యొక్క విస్తరణకు మద్దతుగా ఆమోదయోగ్యమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.లేజర్లు. ND గ్లాస్ లేజర్ యొక్క డబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ లైట్ ద్వారా DKDP క్రిస్టల్ పంప్ చేయబడినప్పుడు, విస్తరించిన పల్స్ యొక్క క్యారియర్ తరంగదైర్ఘ్యం 910 nm అయితే, వేవ్ వెక్టర్ అసమతుల్యత యొక్క టేలర్ విస్తరణ యొక్క మొదటి మూడు నిబంధనలు 0 అని కనుగొనబడింది.
మూర్తి 1 అనేది XCELS లేజర్ సిస్టమ్ యొక్క స్కీమాటిక్ లేఅవుట్. ఫ్రంట్ ఎండ్ 910 nm (మూర్తి 1లో 1.3) యొక్క సెంట్రల్ వేవ్‌లెంగ్త్‌తో చిర్ప్డ్ ఫెమ్టోసెకండ్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేసింది మరియు OPCPA పంప్ చేసిన లేజర్‌లోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన 1054 nm నానోసెకండ్ పప్పులు (మూర్తి 1లో 1.1 మరియు 1.2). ఫ్రంట్ ఎండ్ ఈ పప్పుల సమకాలీకరణను అలాగే అవసరమైన శక్తి మరియు స్పాటియోటెంపోరల్ పారామితులను కూడా నిర్ధారిస్తుంది. అధిక పునరావృత రేటు (1 Hz) వద్ద పనిచేసే ఒక ఇంటర్మీడియట్ OPCPA చిర్ప్డ్ పల్స్‌ను పదుల జూల్స్‌కు పెంచుతుంది (మూర్తి 1లో 2). పల్స్ బూస్టర్ OPCPA ద్వారా ఒకే కిలోజౌల్ బీమ్‌గా మరింత విస్తరించబడుతుంది మరియు 12 ఒకేలాంటి ఉప-కిరణాలుగా విభజించబడింది (మూర్తి 1లో 4). చివరి 12 OPCPAలో, 12 చిర్ప్డ్ లైట్ పల్స్‌లలో ప్రతి ఒక్కటి కిలోజౌల్ స్థాయికి విస్తరించబడుతుంది (మూర్తి 1లో 5) ఆపై 12 కంప్రెషన్ గ్రేటింగ్‌ల ద్వారా కుదించబడుతుంది (మూర్తి 1లో 6 యొక్క GC). ఎకౌస్టో-ఆప్టిక్ ప్రోగ్రామబుల్ డిస్పర్షన్ ఫిల్టర్‌ను సమూహ వేగం వ్యాప్తి మరియు అధిక ఆర్డర్ డిస్‌పర్షన్‌ను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడానికి ఫ్రంట్ ఎండ్‌లో ఉపయోగించబడుతుంది, తద్వారా సాధ్యమైనంత చిన్న పల్స్ వెడల్పును పొందవచ్చు. పల్స్ స్పెక్ట్రమ్ దాదాపు 12వ-ఆర్డర్ సూపర్‌గాస్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు గరిష్ట విలువలో 1% వద్ద స్పెక్ట్రల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 150 nm, ఇది ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ లిమిట్ పల్స్ వెడల్పు 17 fsకి అనుగుణంగా ఉంటుంది. అసంపూర్ణ వ్యాప్తి పరిహారం మరియు పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో నాన్‌లీనియర్ ఫేజ్ పరిహారం యొక్క కష్టాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఊహించిన పల్స్ వెడల్పు 20 fs.
XCELS లేజర్ రెండు 8-ఛానల్ UFL-2M నియోడైమియమ్ గ్లాస్ లేజర్ ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్ మాడ్యూల్‌లను (మూర్తి 1లో 3) ఉపయోగిస్తుంది, వీటిలో 13 ఛానెల్‌లు బూస్టర్ OPCPA మరియు 12 చివరి OPCPAని పంప్ చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. మిగిలిన మూడు ఛానెల్‌లు స్వతంత్ర నానోసెకండ్ కిలోజౌల్ పల్సెడ్‌గా ఉపయోగించబడతాయిలేజర్ మూలాలుఇతర ప్రయోగాల కోసం. DKDP స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ బ్రేక్‌డౌన్ థ్రెషోల్డ్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, పంప్ చేయబడిన పల్స్ యొక్క రేడియేషన్ తీవ్రత ప్రతి ఛానెల్‌కు 1.5 GW/cm2కి సెట్ చేయబడింది మరియు వ్యవధి 3.5 ns.
XCELS లేజర్ యొక్క ప్రతి ఛానెల్ 50 PW శక్తితో పప్పులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మొత్తం 12 ఛానెల్‌లు మొత్తం 600 PW అవుట్‌పుట్ శక్తిని అందిస్తాయి. ప్రధాన లక్ష్య చాంబర్‌లో, ఫోకస్ చేయడానికి F/1 ఫోకస్ చేసే అంశాలు ఉపయోగించబడతాయని భావించి, ఆదర్శ పరిస్థితుల్లో ప్రతి ఛానెల్ యొక్క గరిష్ట ఫోకస్ తీవ్రత 0.44×1025 W/cm2. ప్రతి ఛానెల్ యొక్క పల్స్ పోస్ట్-కంప్రెషన్ టెక్నిక్ ద్వారా 2.6 fsకి మరింత కుదించబడితే, సంబంధిత అవుట్‌పుట్ పల్స్ పవర్ 2.0×1025 W/cm2 యొక్క కాంతి తీవ్రతకు అనుగుణంగా 230 PWకి పెంచబడుతుంది.
ఎక్కువ కాంతి తీవ్రతను సాధించడానికి, 600 PW అవుట్‌పుట్ వద్ద, 12 ఛానెల్‌లలోని కాంతి పల్స్‌లు విలోమ ద్విధ్రువ రేడియేషన్ జ్యామితిలో ఫోకస్ చేయబడతాయి, మూర్తి 2లో చూపిన విధంగా. ప్రతి ఛానెల్‌లోని పల్స్ దశ లాక్ చేయబడనప్పుడు, ఫోకస్ తీవ్రత 9×1025 W/cm2కి చేరుకుంటుంది. ప్రతి పల్స్ దశ లాక్ చేయబడి మరియు సమకాలీకరించబడినట్లయితే, పొందికైన ఫలిత కాంతి తీవ్రత 3.2×1026 W/cm2కి పెంచబడుతుంది. ప్రధాన లక్ష్య గదికి అదనంగా, XCELS ప్రాజెక్ట్ గరిష్టంగా 10 వినియోగదారు ప్రయోగశాలలను కలిగి ఉంటుంది, ప్రతి ఒక్కటి ప్రయోగాల కోసం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ బీమ్‌లను అందుకుంటుంది. ఈ అత్యంత బలమైన కాంతి క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి, XCELS ప్రాజెక్ట్ నాలుగు విభాగాలలో ప్రయోగాలు చేయాలని యోచిస్తోంది: తీవ్రమైన లేజర్ ఫీల్డ్‌లలో క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ ప్రక్రియలు; కణాల ఉత్పత్తి మరియు త్వరణం; ద్వితీయ విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క తరం; ప్రయోగశాల ఖగోళ భౌతికశాస్త్రం, అధిక శక్తి సాంద్రత ప్రక్రియలు మరియు రోగనిర్ధారణ పరిశోధన.
అంజీర్. 2 ప్రధాన లక్ష్య చాంబర్‌లో జ్యామితిని కేంద్రీకరించడం. స్పష్టత కోసం, బీమ్ 6 యొక్క పారాబొలిక్ మిర్రర్ పారదర్శకంగా సెట్ చేయబడింది మరియు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ కిరణాలు 1 మరియు 7 అనే రెండు ఛానెల్‌లను మాత్రమే చూపుతాయి.
ప్రయోగాత్మక భవనంలోని XCELS లేజర్ సిస్టమ్ యొక్క ప్రతి ఫంక్షనల్ ప్రాంతం యొక్క ప్రాదేశిక లేఅవుట్‌ను మూర్తి 3 చూపుతుంది. విద్యుత్తు, వాక్యూమ్ పంపులు, నీటి చికిత్స, శుద్దీకరణ మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ నేలమాళిగలో ఉన్నాయి. మొత్తం నిర్మాణ ప్రాంతం 24,000 m2 కంటే ఎక్కువ. మొత్తం విద్యుత్ వినియోగం దాదాపు 7.5 మెగావాట్లు. ప్రయోగాత్మక భవనం అంతర్గత బోలు మొత్తం ఫ్రేమ్ మరియు బాహ్య విభాగాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ప్రతి ఒక్కటి రెండు విడదీసిన పునాదులపై నిర్మించబడింది. వాక్యూమ్ మరియు ఇతర కంపన-ప్రేరేపిత వ్యవస్థలు వైబ్రేషన్-ఐసోలేటెడ్ ఫౌండేషన్‌పై వ్యవస్థాపించబడ్డాయి, తద్వారా ఫౌండేషన్ మరియు మద్దతు ద్వారా లేజర్ సిస్టమ్‌కు ప్రసారం చేయబడిన భంగం యొక్క వ్యాప్తి ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో 10-10 g2/Hz కంటే తక్కువకు తగ్గించబడుతుంది. 1-200 Hz. అదనంగా, భూమి మరియు పరికరాల డ్రిఫ్ట్‌ను క్రమపద్ధతిలో పర్యవేక్షించడానికి లేజర్ హాల్‌లో జియోడెసిక్ రిఫరెన్స్ మార్కర్ల నెట్‌వర్క్ ఏర్పాటు చేయబడింది.
XCELS ప్రాజెక్ట్ చాలా ఎక్కువ పీక్ పవర్ లేజర్‌ల ఆధారంగా ఒక పెద్ద శాస్త్రీయ పరిశోధన సౌకర్యాన్ని సృష్టించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. XCELS లేజర్ సిస్టమ్ యొక్క ఒక ఛానెల్ 1024 W/cm2 కంటే అనేక రెట్లు ఎక్కువ ఫోకస్డ్ లైట్ ఇంటెన్సిటీని అందించవచ్చు, ఇది పోస్ట్-కంప్రెషన్ టెక్నాలజీతో 1025 W/cm2 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. లేజర్ సిస్టమ్‌లోని 12 ఛానెల్‌ల నుండి డైపోల్-ఫోకసింగ్ పల్స్ ద్వారా, పోస్ట్ కంప్రెషన్ మరియు ఫేజ్ లాకింగ్ లేకుండా కూడా 1026 W/cm2కి దగ్గరగా ఉండే తీవ్రతను సాధించవచ్చు. ఛానెల్‌ల మధ్య దశ సమకాలీకరణ లాక్ చేయబడితే, కాంతి తీవ్రత చాలా రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ రికార్డ్-బ్రేకింగ్ పల్స్ ఇంటెన్సిటీలు మరియు మల్టీ-ఛానల్ బీమ్ లేఅవుట్‌ని ఉపయోగించి, భవిష్యత్ XCELS సదుపాయం చాలా ఎక్కువ తీవ్రతతో ప్రయోగాలు చేయగలదు, కాంప్లెక్స్ లైట్ ఫీల్డ్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌లు మరియు మల్టీ-ఛానల్ లేజర్ కిరణాలు మరియు సెకండరీ రేడియేషన్‌ని ఉపయోగించి పరస్పర చర్యలను నిర్ధారించగలదు. సూపర్-స్ట్రాంగ్ ఎలక్ట్రోమాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్రంలో ఇది ఒక ప్రత్యేక పాత్రను పోషిస్తుంది.
పోస్ట్ సమయం: మార్చి-26-2024