ఇటీవల, రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అప్లైడ్ ఫిజిక్స్, అత్యంత శక్తివంతమైన కాంతి ఆధారంగా భారీ శాస్త్రీయ పరికరాల కోసం ఉద్దేశించిన పరిశోధనా కార్యక్రమమైన ఎక్సావాట్ సెంటర్ ఫర్ ఎక్స్ట్రీమ్ లైట్ స్టడీ (XCELS)ని ప్రవేశపెట్టింది.అధిక శక్తి లేజర్లుఈ ప్రాజెక్ట్లో చాలా పెద్ద నిర్మాణం ఉంటుంది.అధిక శక్తి లేజర్పెద్ద అపెర్చర్ పొటాషియం డైడ్యూటెరియం ఫాస్ఫేట్ (DKDP, రసాయన ఫార్ములా KD2PO4) స్ఫటికాలలో ఆప్టికల్ పారామెట్రిక్ చిర్ప్డ్ పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా, 600 PW పీక్ పవర్ పల్స్ల మొత్తం అవుట్పుట్ అంచనా వేయబడింది. ఈ పని XCELS ప్రాజెక్ట్ మరియు దాని లేజర్ సిస్టమ్ల గురించి ముఖ్యమైన వివరాలను మరియు పరిశోధన ఫలితాలను అందిస్తుంది, అలాగే అతి బలమైన కాంతి క్షేత్ర పరస్పర చర్యలకు సంబంధించిన అనువర్తనాలు మరియు సంభావ్య ప్రభావాలను వివరిస్తుంది.
XCELS కార్యక్రమం 2011లో గరిష్ట శక్తిని సాధించాలనే ప్రాథమిక లక్ష్యంతో ప్రతిపాదించబడింది.లేజర్200 PW పల్స్ అవుట్పుట్, ప్రస్తుతం 600 PW కి 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, 910 nm తరంగదైర్ఘ్యం దగ్గర అల్ట్రా వైడ్బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ సాధించబడుతుంది;
(3) వేల జౌల్స్ పల్స్ శక్తి కలిగిన పెద్ద అపెర్చర్ నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ను పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్ను పంప్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
అల్ట్రా-వైడ్బ్యాండ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ అనేక క్రిస్టల్స్లో విస్తృతంగా కనిపిస్తుంది మరియు OPCPA ఫెమ్టోసెకండ్ లేజర్లలో ఉపయోగించబడుతుంది. DKDP క్రిస్టల్స్ను ఉపయోగిస్తారు, ఎందుకంటే ఆచరణలో పదుల సెంటీమీటర్ల అపర్చర్కు పెంచగలిగే మరియు అదే సమయంలో మల్టీ-PW పవర్ యొక్క యాంప్లిఫికేషన్కు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఆమోదయోగ్యమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉండే ఏకైక పదార్థం ఇవే.లేజర్లుND గ్లాస్ లేజర్ యొక్క డబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంతితో DKDP క్రిస్టల్ను పంప్ చేసినప్పుడు, విస్తరించిన పల్స్ యొక్క క్యారియర్ తరంగదైర్ఘ్యం 910 nm అయితే, తరంగ వెక్టర్ అసమతుల్యత యొక్క టేలర్ విస్తరణలోని మొదటి మూడు పదాలు 0 అని కనుగొనబడింది.
పటం 1 అనేది XCELS లేజర్ వ్యవస్థ యొక్క రేఖాచిత్ర అమరిక. ఫ్రంట్ ఎండ్, 910 nm కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యం గల చిర్ప్డ్ ఫెమ్టోసెకండ్ పల్స్లను (పటం 1లో 1.3) మరియు 1054 nm నానోసెకండ్ పల్స్లను ఉత్పత్తి చేసి, వాటిని OPCPA పంప్డ్ లేజర్లోకి (పటం 1లో 1.1 మరియు 1.2) ప్రవేశపెట్టింది. ఫ్రంట్ ఎండ్ ఈ పల్స్ల సమకాలీకరణను, అలాగే అవసరమైన శక్తి మరియు దేశకాల పారామితులను కూడా నిర్ధారిస్తుంది. అధిక పునరావృత రేటు (1 Hz) వద్ద పనిచేసే ఒక ఇంటర్మీడియట్ OPCPA, చిర్ప్డ్ పల్స్ను పదుల జౌల్స్ వరకు (పటం 1లో 2) విస్తరింపజేస్తుంది. ఈ పల్స్ను బూస్టర్ OPCPA ద్వారా ఒకే కిలోజౌల్ పుంజంగా మరింత విస్తరింపజేయి, దానిని 12 ఒకేరకమైన ఉప-పుంజాలుగా (పటం 1లో 4) విభజిస్తారు. చివరి 12 OPCPAలో, 12 చిర్ప్డ్ కాంతి పల్స్లలో ప్రతి ఒక్కటి కిలోజౌల్ స్థాయికి (పటం 1లో 5) విస్తరించబడి, ఆపై 12 కంప్రెషన్ గ్రేటింగ్ల (పటం 1లో 6 యొక్క GC) ద్వారా సంపీడనం చేయబడుతుంది. సాధ్యమైనంత చిన్న పల్స్ వెడల్పును పొందడానికి, గ్రూప్ వెలాసిటీ డిస్పర్షన్ మరియు హై ఆర్డర్ డిస్పర్షన్ను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడానికి ఫ్రంట్ ఎండ్లో అకౌస్టో-ఆప్టిక్ ప్రోగ్రామబుల్ డిస్పర్షన్ ఫిల్టర్ ఉపయోగించబడుతుంది. పల్స్ స్పెక్ట్రం దాదాపు 12వ-ఆర్డర్ సూపర్గాస్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది, మరియు గరిష్ట విలువలో 1% వద్ద స్పెక్ట్రల్ బ్యాండ్విడ్త్ 150 nm ఉంటుంది, ఇది 17 fs యొక్క ఫోరియర్ ట్రాన్స్ఫార్మ్ పరిమితి పల్స్ వెడల్పుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. అసంపూర్ణ డిస్పర్షన్ కాంపెన్సేషన్ మరియు పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్లలో నాన్లీనియర్ ఫేజ్ కాంపెన్సేషన్ యొక్క కష్టాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఆశించిన పల్స్ వెడల్పు 20 fs.
XCELS లేజర్ రెండు 8-ఛానల్ UFL-2M నియోడైమియం గ్లాస్ లేజర్ ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్ మాడ్యూల్స్ను (మూర్తి 1లో 3) ఉపయోగిస్తుంది, వీటిలో 13 ఛానెల్లు బూస్టర్ OPCPAను పంప్ చేయడానికి మరియు 12 ఫైనల్ OPCPA కోసం ఉపయోగించబడతాయి. మిగిలిన మూడు ఛానెల్లు స్వతంత్ర నానోసెకండ్ కిలోజౌల్ పల్స్లుగా ఉపయోగించబడతాయి.లేజర్ మూలాలుఇతర ప్రయోగాల కోసం. DKDP స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ బ్రేక్డౌన్ థ్రెషోల్డ్ పరిమితి కారణంగా, పంప్ చేయబడిన పల్స్ యొక్క వికిరణ తీవ్రత ప్రతి ఛానెల్కు 1.5 GW/cm2 గా మరియు వ్యవధి 3.5 ns గా సెట్ చేయబడింది.
XCELS లేజర్ యొక్క ప్రతి ఛానల్ 50 PW శక్తితో పల్స్లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మొత్తం 12 ఛానెళ్లు 600 PW మొత్తం అవుట్పుట్ శక్తిని అందిస్తాయి. ప్రధాన టార్గెట్ ఛాంబర్లో, ఫోకస్ చేయడానికి F/1 ఫోకసింగ్ ఎలిమెంట్లను ఉపయోగిస్తున్నారని భావిస్తే, ఆదర్శ పరిస్థితులలో ప్రతి ఛానల్ యొక్క గరిష్ట ఫోకసింగ్ తీవ్రత 0.44×10²⁵ W/cm² ఉంటుంది. పోస్ట్-కంప్రెషన్ టెక్నిక్ ద్వారా ప్రతి ఛానల్ యొక్క పల్స్ను 2.6 fs కు మరింత కుదిస్తే, దానికి అనుగుణంగా అవుట్పుట్ పల్స్ శక్తి 230 PW కు పెరుగుతుంది, ఇది 2.0×10²⁵ W/cm² కాంతి తీవ్రతకు సమానం.
అధిక కాంతి తీవ్రతను సాధించడానికి, 600 PW అవుట్పుట్ వద్ద, 12 ఛానెల్లలోని కాంతి పల్స్లు, పటం 2లో చూపిన విధంగా విలోమ డైపోల్ రేడియేషన్ జ్యామితిలో కేంద్రీకరించబడతాయి. ప్రతి ఛానెల్లో పల్స్ ఫేజ్ లాక్ చేయనప్పుడు, ఫోకస్ తీవ్రత 9×10²⁵ W/cm² వరకు చేరుకోగలదు. ప్రతి పల్స్ ఫేజ్ లాక్ చేయబడి, సింక్రొనైజ్ చేయబడితే, సుసంగత ఫలిత కాంతి తీవ్రత 3.2×10²⁶ W/cm²కు పెరుగుతుంది. ప్రధాన టార్గెట్ గదికి అదనంగా, XCELS ప్రాజెక్ట్లో 10 వరకు వినియోగదారు ప్రయోగశాలలు ఉన్నాయి, ప్రతి ఒక్కటి ప్రయోగాల కోసం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కిరణాలను అందుకుంటుంది. ఈ అత్యంత శక్తివంతమైన కాంతి క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి, XCELS ప్రాజెక్ట్ నాలుగు వర్గాలలో ప్రయోగాలు నిర్వహించాలని యోచిస్తోంది: తీవ్రమైన లేజర్ క్షేత్రాలలో క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ ప్రక్రియలు; కణాల ఉత్పత్తి మరియు త్వరణం; ద్వితీయ విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క ఉత్పాదన; ప్రయోగశాల ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రం, అధిక శక్తి సాంద్రత ప్రక్రియలు మరియు రోగనిర్ధారణ పరిశోధన.
పటం 2. ప్రధాన టార్గెట్ ఛాంబర్లో ఫోకసింగ్ జ్యామితి. స్పష్టత కోసం, బీమ్ 6 యొక్క పారాబోలిక్ అద్దం పారదర్శకంగా సెట్ చేయబడింది మరియు ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ బీమ్లు కేవలం రెండు ఛానెల్లు 1 మరియు 7ని మాత్రమే చూపుతాయి.
ప్రయోగాత్మక భవనంలోని XCELS లేజర్ సిస్టమ్ యొక్క ప్రతి క్రియాత్మక ప్రాంతం యొక్క ప్రాదేశిక అమరికను పటం 3 చూపిస్తుంది. విద్యుత్, వాక్యూమ్ పంపులు, నీటి శుద్ధి, శుభ్రపరచడం మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ బేస్మెంట్లో ఉన్నాయి. మొత్తం నిర్మాణ వైశాల్యం 24,000 చదరపు మీటర్ల కంటే ఎక్కువ. మొత్తం విద్యుత్ వినియోగం సుమారు 7.5 మెగావాట్లు. ప్రయోగాత్మక భవనం ఒక అంతర్గత బోలు మొత్తం ఫ్రేమ్ మరియు ఒక బాహ్య విభాగాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇవి రెండూ వేరు చేయబడిన రెండు పునాదులపై నిర్మించబడ్డాయి. వాక్యూమ్ మరియు ఇతర కంపన-ప్రేరక వ్యవస్థలు కంపన-వేరు చేయబడిన పునాదిపై వ్యవస్థాపించబడ్డాయి, తద్వారా పునాది మరియు ఆధారం ద్వారా లేజర్ సిస్టమ్కు ప్రసరించే అంతరాయం యొక్క తీవ్రత 1-200 Hz పౌనఃపున్య పరిధిలో 10-10 g2/Hz కంటే తక్కువకు తగ్గించబడుతుంది. అదనంగా, భూమి మరియు పరికరాల డ్రిఫ్ట్ను క్రమపద్ధతిలో పర్యవేక్షించడానికి లేజర్ హాల్లో జియోడెసిక్ రిఫరెన్స్ మార్కర్ల నెట్వర్క్ ఏర్పాటు చేయబడింది.
XCELS ప్రాజెక్ట్ అత్యంత అధిక శిఖర శక్తి గల లేజర్ల ఆధారంగా ఒక పెద్ద శాస్త్రీయ పరిశోధనా కేంద్రాన్ని సృష్టించాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. XCELS లేజర్ వ్యవస్థలోని ఒక ఛానల్ 1024 W/cm2 కంటే అనేక రెట్లు అధికమైన కేంద్రీకృత కాంతి తీవ్రతను అందించగలదు, దీనిని పోస్ట్-కంప్రెషన్ సాంకేతికతతో 1025 W/cm2 వరకు మరింతగా అధిగమించవచ్చు. లేజర్ వ్యవస్థలోని 12 ఛానళ్ల నుండి వచ్చే పల్స్లను డైపోల్-ఫోకసింగ్ చేయడం ద్వారా, పోస్ట్-కంప్రెషన్ మరియు ఫేజ్ లాకింగ్ లేకుండా కూడా 1026 W/cm2 కు దగ్గరగా ఉండే తీవ్రతను సాధించవచ్చు. ఛానళ్ల మధ్య ఫేజ్ సింక్రొనైజేషన్ను లాక్ చేస్తే, కాంతి తీవ్రత అనేక రెట్లు అధికంగా ఉంటుంది. ఈ రికార్డు స్థాయి పల్స్ తీవ్రతలను మరియు మల్టీ-ఛానల్ బీమ్ లేఅవుట్ను ఉపయోగించి, భవిష్యత్ XCELS కేంద్రం అత్యంత అధిక తీవ్రత, సంక్లిష్ట కాంతి క్షేత్ర పంపిణీలతో ప్రయోగాలు చేయగలదు మరియు మల్టీ-ఛానల్ లేజర్ కిరణాలు, సెకండరీ రేడియేషన్ను ఉపయోగించి పరస్పర చర్యలను నిర్ధారించగలదు. ఇది అత్యంత బలమైన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్ర రంగంలో ఒక విశిష్ట పాత్రను పోషిస్తుంది.
పోస్ట్ చేసిన సమయం: మార్చి-26-2024