ఇటీవల, రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అప్లైడ్ ఫిజిక్స్, ఎక్స్‌వాట్ సెంటర్ ఫర్ ఎక్స్‌ట్రీమ్ లైట్ స్టడీ (XCELS) ను ప్రవేశపెట్టింది, ఇది చాలా శాస్త్రీయ పరికరాల కోసం పరిశోధన కార్యక్రమం.అధిక శక్తి లేజర్లు. ఈ ప్రాజెక్టులో చాలా నిర్మాణాలు ఉన్నాయిఅధిక శక్తి లేజర్పెద్ద ఎపర్చరు పొటాషియం డైడ్యూటెరియం ఫాస్ఫేట్ (DKDP, రసాయన సూత్రం KD2PO4) స్ఫటికాలలో ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా, 600 PW పీక్ పవర్ పల్స్‌ల అంచనా మొత్తం అవుట్‌పుట్‌తో. 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.
గరిష్ట శక్తిని సాధించడం అనే ప్రారంభ లక్ష్యంతో XCELS కార్యక్రమాన్ని 2011 లో ప్రతిపాదించారు.లేజర్200 PW పల్స్ అవుట్‌పుట్, ఇది ప్రస్తుతం 600 PWకి అప్‌గ్రేడ్ చేయబడింది. దీనిలేజర్ వ్యవస్థమూడు కీలక సాంకేతికతలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:
(1) సాంప్రదాయ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ (చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్, OPCPA) CPA టెక్నాలజీకి బదులుగా ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ (OPCPA) టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తారు;
(2) DKDP ని గెయిన్ మీడియంగా ఉపయోగించి, అల్ట్రా వైడ్‌బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ 910 nm తరంగదైర్ఘ్యం దగ్గర గ్రహించబడుతుంది;
(3) పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్‌ను పంప్ చేయడానికి వేల జూల్స్ పల్స్ శక్తితో కూడిన పెద్ద ఎపర్చరు నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ అనేక స్ఫటికాలలో విస్తృతంగా కనిపిస్తుంది మరియు OPCPA ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది. DKDP స్ఫటికాలు ఉపయోగించబడతాయి ఎందుకంటే అవి పదుల సెంటీమీటర్ల ఎపర్చర్‌కు పెంచగల మరియు అదే సమయంలో బహుళ-PW శక్తి యొక్క విస్తరణకు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఆమోదయోగ్యమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉండే ఆచరణలో కనిపించే ఏకైక పదార్థం.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 పదాలు 0 అని కనుగొనబడింది.
Figure 1 అనేది XCELS లేజర్ వ్యవస్థ యొక్క స్కీమాటిక్ లేఅవుట్. ఫ్రంట్ ఎండ్ 910 nm (Figure 1 లో 1.3) కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యంతో చిర్ప్డ్ ఫెమ్టోసెకండ్ పల్స్‌లను మరియు OPCPA పంప్డ్ లేజర్‌లోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన 1054 nm నానోసెకండ్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది (Figure 1 లో 1.1 మరియు 1.2). ఫ్రంట్ ఎండ్ ఈ పల్స్‌ల సమకాలీకరణను అలాగే అవసరమైన శక్తి మరియు స్పాటియోటెంపోరల్ పారామితులను కూడా నిర్ధారిస్తుంది. అధిక పునరావృత రేటు (1 Hz) వద్ద పనిచేసే ఇంటర్మీడియట్ OPCPA చిర్ప్డ్ పల్స్‌ను పదుల జూల్స్‌కు విస్తరిస్తుంది (Figure 1 లో 2). పల్స్‌ను బూస్టర్ OPCPA ద్వారా ఒకే కిలోజౌల్ బీమ్‌గా మరింత విస్తరించి 12 ఒకేలా ఉండే సబ్-బీమ్‌లుగా విభజించారు (Figure 1 లో 4). చివరి 12 OPCPAలో, 12 చిర్ప్డ్ లైట్ పల్స్‌లలో ప్రతి ఒక్కటి కిలోజౌల్ స్థాయికి (Figure 1 లో 5) విస్తరించబడుతుంది మరియు తరువాత 12 కంప్రెషన్ గ్రేటింగ్‌ల ద్వారా కుదించబడుతుంది (Figure 1 లో 6 యొక్క GC). సమూహ వేగం వ్యాప్తి మరియు అధిక ఆర్డర్ వ్యాప్తిని ఖచ్చితంగా నియంత్రించడానికి, సాధ్యమైనంత చిన్న పల్స్ వెడల్పును పొందడానికి, ముందు భాగంలో అకౌస్టో-ఆప్టిక్ ప్రోగ్రామబుల్ వ్యాప్తి వడపోత ఉపయోగించబడుతుంది. పల్స్ స్పెక్ట్రం దాదాపు 12వ-ఆర్డర్ సూపర్‌గాస్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు గరిష్ట విలువలో 1% వద్ద స్పెక్ట్రల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 150 nm, ఇది ఫోరియర్ పరివర్తన పరిమితి పల్స్ వెడల్పు 17 fsకి అనుగుణంగా ఉంటుంది. అసంపూర్ణ వ్యాప్తి పరిహారం మరియు పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో నాన్ లీనియర్ దశ పరిహారం యొక్క కష్టాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, అంచనా వేసిన పల్స్ వెడల్పు 20 fs.
XCELS లేజర్ రెండు 8-ఛానల్ UFL-2M నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్ మాడ్యూళ్లను ఉపయోగిస్తుంది (చిత్రం 1లో 3), వీటిలో 13 ఛానెల్‌లు బూస్టర్ OPCPAని మరియు 12 ఫైనల్ OPCPAని పంప్ చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. మిగిలిన మూడు ఛానెల్‌లు స్వతంత్ర నానోసెకండ్ కిలోజౌల్ పల్స్‌గా ఉపయోగించబడతాయి.లేజర్ వనరులుఇతర ప్రయోగాలకు. DKDP స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ బ్రేక్‌డౌన్ థ్రెషోల్డ్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, పంప్ చేయబడిన పల్స్ యొక్క వికిరణ తీవ్రత ప్రతి ఛానెల్‌కు 1.5 GW/cm2కి సెట్ చేయబడింది మరియు వ్యవధి 3.5 ns.
XCELS లేజర్ యొక్క ప్రతి ఛానెల్ 50 PW శక్తితో పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మొత్తం 12 ఛానెల్‌లు 600 PW మొత్తం అవుట్‌పుట్ శక్తిని అందిస్తాయి. ప్రధాన లక్ష్య గదిలో, ఆదర్శ పరిస్థితులలో ప్రతి ఛానెల్ యొక్క గరిష్ట ఫోకసింగ్ తీవ్రత 0.44×1025 W/cm2, F/1 ఫోకసింగ్ ఎలిమెంట్‌లను ఫోకస్ చేయడానికి ఉపయోగించారని ఊహిస్తే. పోస్ట్-కంప్రెషన్ టెక్నిక్ ద్వారా ప్రతి ఛానెల్ యొక్క పల్స్‌ను 2.6 fsకి మరింత కుదించినట్లయితే, సంబంధిత అవుట్‌పుట్ పల్స్ పవర్ 2.0×1025 W/cm2 కాంతి తీవ్రతకు అనుగుణంగా 230 PWకి పెరుగుతుంది.
600 PW అవుట్‌పుట్ వద్ద ఎక్కువ కాంతి తీవ్రతను సాధించడానికి, 12 ఛానెల్‌లలోని కాంతి పల్స్‌లు చిత్రం 2లో చూపిన విధంగా విలోమ ద్విధ్రువ వికిరణం యొక్క జ్యామితిలో కేంద్రీకరించబడతాయి. ప్రతి ఛానెల్‌లోని పల్స్ దశ లాక్ చేయబడనప్పుడు, ఫోకస్ తీవ్రత 9×1025 W/cm2కి చేరుకుంటుంది. ప్రతి పల్స్ దశ లాక్ చేయబడి సమకాలీకరించబడితే, పొందికైన ఫలిత కాంతి తీవ్రత 3.2×1026 W/cm2కి పెరుగుతుంది. ప్రధాన లక్ష్య గదితో పాటు, XCELS ప్రాజెక్ట్‌లో 10 వినియోగదారు ప్రయోగశాలలు ఉన్నాయి, ప్రతి ఒక్కటి ప్రయోగాల కోసం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కిరణాలను స్వీకరిస్తాయి. ఈ అత్యంత బలమైన కాంతి క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి, XCELS ప్రాజెక్ట్ నాలుగు వర్గాలలో ప్రయోగాలను నిర్వహించాలని యోచిస్తోంది: తీవ్రమైన లేజర్ క్షేత్రాలలో క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ ప్రక్రియలు; కణాల ఉత్పత్తి మరియు త్వరణం; ద్వితీయ విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క ఉత్పత్తి; ప్రయోగశాల ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రం, అధిక శక్తి సాంద్రత ప్రక్రియలు మరియు రోగనిర్ధారణ పరిశోధన.
FIG. 2 ప్రధాన లక్ష్య గదిలో జ్యామితిని కేంద్రీకరించడం. స్పష్టత కోసం, బీమ్ 6 యొక్క పారాబొలిక్ మిర్రర్ పారదర్శకంగా సెట్ చేయబడింది మరియు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ బీమ్‌లు రెండు ఛానెల్‌లు 1 మరియు 7 మాత్రమే చూపుతాయి.
ప్రయోగాత్మక భవనంలోని XCELS లేజర్ వ్యవస్థ యొక్క ప్రతి క్రియాత్మక ప్రాంతం యొక్క ప్రాదేశిక లేఅవుట్‌ను చిత్రం 3 చూపిస్తుంది. విద్యుత్తు, వాక్యూమ్ పంపులు, నీటి శుద్ధి, శుద్దీకరణ మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ బేస్‌మెంట్‌లో ఉన్నాయి. మొత్తం నిర్మాణ ప్రాంతం 24,000 m2 కంటే ఎక్కువ. మొత్తం విద్యుత్ వినియోగం దాదాపు 7.5 MW. ప్రయోగాత్మక భవనంలో అంతర్గత బోలు మొత్తం ఫ్రేమ్ మరియు బాహ్య విభాగం ఉంటాయి, ప్రతి ఒక్కటి రెండు విడదీయబడిన పునాదులపై నిర్మించబడ్డాయి. వాక్యూమ్ మరియు ఇతర వైబ్రేషన్-ప్రేరేపించే వ్యవస్థలు వైబ్రేషన్-ఐసోలేటెడ్ ఫౌండేషన్‌పై వ్యవస్థాపించబడ్డాయి, తద్వారా ఫౌండేషన్ మరియు సపోర్ట్ ద్వారా లేజర్ వ్యవస్థకు ప్రసారం చేయబడిన భంగం యొక్క వ్యాప్తి 1-200 Hz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో 10-10 g2/Hz కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అదనంగా, భూమి మరియు పరికరాల డ్రిఫ్ట్‌ను క్రమపద్ధతిలో పర్యవేక్షించడానికి లేజర్ హాల్‌లో జియోడెసిక్ రిఫరెన్స్ మార్కర్‌ల నెట్‌వర్క్ ఏర్పాటు చేయబడింది.
XCELS ప్రాజెక్ట్ అత్యంత అధిక 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, దీనిని పోస్ట్-కంప్రెషన్ టెక్నాలజీతో 1025 W/cm2 కంటే ఎక్కువగా అధిగమించవచ్చు. లేజర్ సిస్టమ్‌లోని 12 ఛానెల్‌ల నుండి డైపోల్-ఫోకసింగ్ పల్స్‌ల ద్వారా, పోస్ట్-కంప్రెషన్ మరియు ఫేజ్ లాకింగ్ లేకుండా కూడా 1026 W/cm2కి దగ్గరగా ఉండే తీవ్రతను సాధించవచ్చు. ఛానెల్‌ల మధ్య ఫేజ్ సింక్రొనైజేషన్ లాక్ చేయబడితే, కాంతి తీవ్రత చాలా రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ రికార్డ్-బ్రేకింగ్ పల్స్ ఇంటెన్సిటీలు మరియు మల్టీ-ఛానల్ బీమ్ లేఅవుట్‌ను ఉపయోగించి, భవిష్యత్ XCELS సౌకర్యం అత్యంత అధిక తీవ్రత, సంక్లిష్టమైన లైట్ ఫీల్డ్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌లతో ప్రయోగాలు చేయగలదు మరియు మల్టీ-ఛానల్ లేజర్ కిరణాలు మరియు సెకండరీ రేడియేషన్‌ను ఉపయోగించి పరస్పర చర్యలను నిర్ధారించగలదు. ఇది సూపర్-స్ట్రాంగ్ ఎలక్ట్రోమాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్ర రంగంలో ప్రత్యేక పాత్ర పోషిస్తుంది.
పోస్ట్ సమయం: మార్చి-26-2024