రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ ఎక్స్‌సెల్స్ 600 పిడబ్ల్యు లేజర్‌లను నిర్మించాలని యోచిస్తోంది

ఇటీవల, రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ ఎక్సాట్ సెంటర్ ఫర్ ఎక్స్‌ట్రీమ్ లైట్ స్టడీ (ఎక్స్‌సెల్స్) ను ప్రవేశపెట్టింది, ఇది చాలా ఆధారంగా పెద్ద శాస్త్రీయ పరికరాల కోసం ఒక పరిశోధన కార్యక్రమంఅధిక శక్తి లేజర్‌లు. ఈ ప్రాజెక్టులో చాలా నిర్మాణం ఉందిఅధిక శక్తి లేజర్పెద్ద ఎపర్చరు పొటాషియం డైడ్యూటెరియం ఫాస్ఫేట్ (డికెడిపి, కెమికల్ ఫార్ములా కెడి 2 పిఓ 4) స్ఫటికాలలో ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్పెడ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా, 600 పిడబ్ల్యు పీక్ పవర్ పప్పుల మొత్తం ఉత్పత్తి. ఈ పని XCELS ప్రాజెక్ట్ మరియు దాని లేజర్ వ్యవస్థల గురించి ముఖ్యమైన వివరాలు మరియు పరిశోధన ఫలితాలను అందిస్తుంది, అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ లైట్ ఫీల్డ్ ఇంటరాక్షన్‌లకు సంబంధించిన అనువర్తనాలు మరియు సంభావ్య ప్రభావాలను వివరిస్తుంది.

గరిష్ట శక్తిని సాధించాలనే ప్రారంభ లక్ష్యంతో XCELS ప్రోగ్రామ్ 2011 లో ప్రతిపాదించబడిందిలేజర్200 పిడబ్ల్యు యొక్క పల్స్ ఉత్పత్తి, ప్రస్తుతం ఇది 600 పిడబ్ల్యుకు అప్‌గ్రేడ్ చేయబడింది. దానిలేజర్ వ్యవస్థమూడు కీలకమైన సాంకేతిక పరిజ్ఞానాలపై ఆధారపడుతుంది:
. CPA) టెక్నాలజీ;
.
.
అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ చాలా స్ఫటికాలలో విస్తృతంగా కనిపిస్తుంది మరియు ఇది OPCPA ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది. DKDP స్ఫటికాలు ఉపయోగించబడతాయి ఎందుకంటే అవి ఆచరణలో కనిపించే ఏకైక పదార్థం, వీటిని పదుల సెంటీమీటర్ల ఎపర్చరుకు పెంచవచ్చు మరియు అదే సమయంలో బహుళ-పిడబ్ల్యు శక్తి యొక్క విస్తరణకు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఆమోదయోగ్యమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుందిలేజర్స్. DKDP క్రిస్టల్ ND గ్లాస్ లేజర్ యొక్క డబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ లైట్ ద్వారా పంప్ చేయబడినప్పుడు, విస్తరించిన పల్స్ యొక్క క్యారియర్ తరంగదైర్ఘ్యం 910 nm అయితే, వేవ్ వెక్టర్ అసమతుల్యత యొక్క టేలర్ విస్తరణ యొక్క మొదటి మూడు పదాలు 0 అని కనుగొనబడింది.

మూర్తి 1 అనేది Xcels లేజర్ వ్యవస్థ యొక్క స్కీమాటిక్ లేఅవుట్. ఫ్రంట్ ఎండ్ 910 ఎన్ఎమ్ (మూర్తి 1 లో 1.3) మరియు 1054 ఎన్ఎమ్ నానోసెకండ్ పప్పులు ఆప్సిపిఎ పంప్డ్ లేజర్ (మూర్తి 1 లో 1.1 మరియు 1.2) లో 1054 ఎన్ఎమ్ నానోసెకండ్ పప్పులతో చిలిపి ఫెమ్టోసెకండ్ పప్పులను ఉత్పత్తి చేసింది. ఫ్రంట్ ఎండ్ ఈ పప్పుల సమకాలీకరణను అలాగే అవసరమైన శక్తి మరియు స్పాటియోటెంపోరల్ పారామితులను కూడా నిర్ధారిస్తుంది. అధిక పునరావృత రేటు (1 Hz) వద్ద పనిచేసే ఇంటర్మీడియట్ OPCPA చిలిపి పల్స్‌ను పదుల జాల్స్‌కు విస్తరిస్తుంది (మూర్తి 1 లో 2). పల్స్ బూస్టర్ OPCPA ద్వారా ఒకే కిలోజౌల్ పుంజంగా మరింత విస్తరించబడుతుంది మరియు 12 ఒకేలాంటి ఉప-పుంజాలుగా విభజించబడింది (మూర్తి 1 లో 4). చివరి 12 OPCPA లో, ప్రతి 12 చిలిపిడ్ లైట్ పప్పులు కిలోజౌల్ స్థాయికి (మూర్తి 1 లో 5) విస్తరించబడతాయి మరియు తరువాత 12 కుదింపు గ్రేటింగ్స్ (మూర్తి 1 లో 6 యొక్క GC) ద్వారా కంప్రెస్ చేయబడతాయి. సమూహ వేగం చెదరగొట్టడం మరియు హై ఆర్డర్ చెదరగొట్టడాన్ని ఖచ్చితంగా నియంత్రించడానికి ఎకౌస్టో-ఆప్టిక్ ప్రోగ్రామబుల్ డిస్పర్షన్ ఫిల్టర్ ఫ్రంట్ ఎండ్‌లో ఉపయోగించబడుతుంది, తద్వారా సాధ్యమైనంత చిన్న పల్స్ వెడల్పును పొందవచ్చు. పల్స్ స్పెక్ట్రం దాదాపు 12 వ-ఆర్డర్ సూపర్గాస్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంది, మరియు గరిష్ట విలువలో 1% వద్ద స్పెక్ట్రల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 150 nm, ఇది ఫోరియర్ ట్రాన్స్ఫార్మ్ పరిమితి పల్స్ వెడల్పుకు 17 fs. అసంపూర్తిగా చెదరగొట్టే పరిహారం మరియు పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్లలో నాన్ లీనియర్ ఫేజ్ పరిహారం యొక్క ఇబ్బందులను పరిశీలిస్తే, పల్స్ వెడల్పు 20 fs.

Xcels లేజర్ రెండు 8-ఛానల్ UFL-2M నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ ఫ్రీక్వెన్సీ రెట్టింపు మాడ్యూళ్ళను (మూర్తి 1 లో 3) ఉపయోగిస్తుంది, వీటిలో 13 ఛానెల్స్ బూస్టర్ OPCPA మరియు 12 ఫైనల్ OPCPA ను పంప్ చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. మిగిలిన మూడు ఛానెల్‌లు స్వతంత్ర నానోసెకండ్ కిలోజౌల్ పల్సెడ్‌గా ఉపయోగించబడతాయిలేజర్ మూలాలుఇతర ప్రయోగాల కోసం. DKDP స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ బ్రేక్డౌన్ ప్రవేశం ద్వారా పరిమితం చేయబడిన, పంప్డ్ పల్స్ యొక్క వికిరణ తీవ్రత ప్రతి ఛానెల్‌కు 1.5 GW/cm2 కు సెట్ చేయబడుతుంది మరియు వ్యవధి 3.5 ns.

ఎక్స్‌సెల్స్ లేజర్ యొక్క ప్రతి ఛానెల్ 50 పిడబ్ల్యు శక్తితో పప్పులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మొత్తం 12 ఛానెల్‌లు మొత్తం అవుట్పుట్ శక్తిని 600 పిడబ్ల్యు. ప్రధాన లక్ష్య గదిలో, ఆదర్శ పరిస్థితులలో ప్రతి ఛానెల్ యొక్క గరిష్ట కేంద్రీకృత తీవ్రత 0.44 × 1025 W/cm2, F/1 ఫోకస్ చేసే అంశాలు ఫోకస్ చేయడానికి ఉపయోగించబడుతున్నాయని uming హిస్తూ. ప్రతి ఛానెల్ యొక్క పల్స్ పోస్ట్-కాంప్రెషన్ టెక్నిక్ ద్వారా 2.6 FS కు మరింత కుదించబడితే, సంబంధిత అవుట్పుట్ పల్స్ శక్తి 230 PW కి పెంచబడుతుంది, ఇది 2.0 × 1025 W/cm2 యొక్క కాంతి తీవ్రతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.

ఎక్కువ కాంతి తీవ్రతను సాధించడానికి, 600 పిడబ్ల్యు అవుట్‌పుట్ వద్ద, 12 ఛానెల్‌లలోని లైట్ పప్పులు మూర్తి 2 లో చూపిన విధంగా విలోమ ద్విధ్రువ వికిరణం యొక్క జ్యామితిలో కేంద్రీకృతమై ఉంటాయి. ప్రతి ఛానెల్‌లోని పల్స్ దశ లాక్ చేయబడనప్పుడు, ఫోకస్ తీవ్రత 9 × 1025 W/cm2 ను చేరుకోవచ్చు. ప్రతి పల్స్ దశ లాక్ చేయబడి సమకాలీకరించబడితే, పొందికైన ఫలిత కాంతి తీవ్రత 3.2 × 1026 w/cm2 కు పెంచబడుతుంది. ప్రధాన లక్ష్య గదితో పాటు, Xcels ప్రాజెక్టులో 10 వినియోగదారు ప్రయోగశాలలు ఉన్నాయి, ప్రతి ఒక్కటి ప్రయోగాల కోసం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కిరణాలను పొందుతారు. ఈ చాలా బలమైన కాంతి క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి, XCELS ప్రాజెక్ట్ నాలుగు విభాగాలలో ప్రయోగాలు చేయాలని యోచిస్తోంది: క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ ప్రక్రియలు తీవ్రమైన లేజర్ క్షేత్రాలలో; కణాల ఉత్పత్తి మరియు త్వరణం; ద్వితీయ విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క తరం; ప్రయోగశాల ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రం, అధిక శక్తి సాంద్రత ప్రక్రియలు మరియు విశ్లేషణ పరిశోధన.

Fig. 2 ప్రధాన లక్ష్య గదిలో జ్యామితిని కేంద్రీకరించడం. స్పష్టత కోసం, బీమ్ 6 యొక్క పారాబొలిక్ అద్దం పారదర్శకంగా సెట్ చేయబడింది మరియు ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ కిరణాలు రెండు ఛానెల్స్ 1 మరియు 7 మాత్రమే చూపుతాయి

ప్రయోగాత్మక భవనంలో Xcels లేజర్ వ్యవస్థ యొక్క ప్రతి క్రియాత్మక ప్రాంతం యొక్క ప్రాదేశిక లేఅవుట్ మూర్తి 3 చూపిస్తుంది. విద్యుత్తు, వాక్యూమ్ పంపులు, నీటి చికిత్స, శుద్దీకరణ మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ నేలమాళిగలో ఉన్నాయి. మొత్తం నిర్మాణ ప్రాంతం 24,000 మీ 2 కంటే ఎక్కువ. మొత్తం విద్యుత్ వినియోగం సుమారు 7.5 మెగావాట్లు. ప్రయోగాత్మక భవనం అంతర్గత బోలు మొత్తం ఫ్రేమ్ మరియు బాహ్య విభాగాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ప్రతి ఒక్కటి రెండు విడదీయబడిన పునాదులపై నిర్మించబడింది. శూన్యత మరియు ఇతర వైబ్రేషన్-ప్రేరేపించే వ్యవస్థలు వైబ్రేషన్-వివిక్త పునాదిపై వ్యవస్థాపించబడ్డాయి, తద్వారా పునాది మరియు మద్దతు ద్వారా లేజర్ వ్యవస్థకు ప్రసారం చేయబడిన భంగం యొక్క వ్యాప్తి 1-200 Hz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో 10-10 g2/Hz కన్నా తక్కువకు తగ్గించబడుతుంది. అదనంగా, భూమి మరియు పరికరాల ప్రవాహాన్ని క్రమపద్ధతిలో పర్యవేక్షించడానికి లేజర్ హాల్‌లో జియోడెసిక్ రిఫరెన్స్ మార్కర్ల నెట్‌వర్క్ ఏర్పాటు చేయబడింది.

XCELS ప్రాజెక్ట్ చాలా ఎక్కువ పీక్ పవర్ లేజర్ల ఆధారంగా పెద్ద శాస్త్రీయ పరిశోధన సదుపాయాన్ని సృష్టించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. Xcels లేజర్ సిస్టమ్ యొక్క ఒక ఛానెల్ 1024 W/cm2 కన్నా చాలా రెట్లు ఎక్కువ ఫోకస్డ్ లైట్ ఇంటెన్సిటీని అందించవచ్చు, దీనిని పోస్ట్-కాంప్రెషన్ టెక్నాలజీతో 1025 W/cm2 కంటే ఎక్కువ మించిపోవచ్చు. లేజర్ వ్యవస్థలోని 12 ఛానెల్‌ల నుండి ద్విధ్రువ-కేంద్రీకృత పప్పుల ద్వారా, 1026 W/cm2 కి దగ్గరగా ఉన్న తీవ్రతను పోస్ట్-కాంప్రెషన్ మరియు ఫేజ్ లాకింగ్ లేకుండా కూడా సాధించవచ్చు. ఛానెల్‌ల మధ్య దశ సమకాలీకరణ లాక్ చేయబడితే, కాంతి తీవ్రత చాలా రెట్లు ఎక్కువ. ఈ రికార్డ్-బ్రేకింగ్ పల్స్ తీవ్రతలు మరియు మల్టీ-ఛానల్ బీమ్ లేఅవుట్ ఉపయోగించి, భవిష్యత్ XCELS సౌకర్యం చాలా ఎక్కువ తీవ్రత, సంక్లిష్టమైన కాంతి క్షేత్ర పంపిణీలతో ప్రయోగాలు చేయగలదు మరియు బహుళ-ఛానల్ లేజర్ పుంజాలు మరియు ద్వితీయ రేడియేషన్ ఉపయోగించి పరస్పర చర్యలను నిర్ధారిస్తుంది. సూపర్-బలమైన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర ప్రయోగాత్మక భౌతిక రంగంలో ఇది ప్రత్యేకమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.