O chionn ghoirid, thug Institiud Fiosaigs Gnìomhaichte Acadamaidh Saidheansan na Ruis a-steach Ionad eXawatt airson Sgrùdadh Solais Anabarrach (XCELS), prògram rannsachaidh airson innealan saidheansail mòra stèidhichte air solais anabarrach.leusairean àrd-chumhachdTha togail glè chudromach mar phàirt den phròiseact.laser àrd-chumhachdstèidhichte air teicneòlas meudachaidh cuisle chirped optaigeach paraimeadrach ann an criostalan potasium dideuterium phosphate (DKDP, foirmle cheimigeach KD2PO4) le fosglaidhean mòra, le toradh iomlan ris a bheil dùil de 600 cuisle cumhachd as àirde PW. Tha an obair seo a’ toirt seachad mion-fhiosrachadh cudromach agus co-dhùnaidhean rannsachaidh mun phròiseact XCELS agus na siostaman laser aige, a’ toirt cunntas air tagraidhean agus buaidhean a dh’ fhaodadh a bhith co-cheangailte ri eadar-obrachaidhean raon solais ultra-làidir.
Chaidh prògram XCELS a mholadh ann an 2011 leis an amas tùsail cumhachd as àirde a choileanadh.leusairtoradh cuisle de 200 PW, a tha an-dràsta air ùrachadh gu 600 PW. Asiostam leusairan urra ri trì prìomh theicneòlasan:
(1) Tha teicneòlas Leudachadh Puls Chirped Optical Parametric Chirped (OPCPA) ga chleachdadh an àite teicneòlas Leudachadh Puls Chirped traidiseanta (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA);
(2) Le bhith a’ cleachdadh DKDP mar mheadhan buannachd, thèid maidseadh ìre ultra-leathann-bann a thoirt gu buil faisg air tonn-fhaid 910 nm;
(3) Tha leusair glainne neodymium le fosgladh mòr agus lùth cuisle de mhìltean de joules air a chleachdadh gus amplifier paraimeadrach a phumpadh.
Gheibhear maidseadh ìre ultra-leathann-bann gu farsaing ann am mòran chriostalan agus thathar ga chleachdadh ann an lasers femtosecond OPCPA. Bithear a’ cleachdadh criostalan DKDP leis gur iadsan an aon stuth a lorgar ann an cleachdadh a ghabhas fhàs gu deichean de cheudameatairean de fhosgladh agus aig an aon àm aig a bheil feartan optigeach iomchaidh gus taic a thoirt do leudachadh cumhachd ioma-PW.leusaireanTha e air a lorg nuair a thèid criostal DKDP a phumpadh le solas tricead dùbailte an leusair glainne ND, ma tha tonn-fhaid giùlain a’ chuisle leudaichte 910 nm, gu bheil a’ chiad trì teirmean de leudachadh Taylor den neo-cho-fhreagarrachd vectar tonn 0.
’S e dealbh-sgeama den t-siostam leusair XCELS a th’ ann am Figear 1. Chruthaich an aghaidh cuislean femtosecond le tonn-fhaid meadhanach de 910 nm (1.3 ann am Figear 1) agus cuislean nanosecond 1054 nm air an stealladh a-steach don leusair pumpaichte OPCPA (1.1 agus 1.2 ann am Figear 1). Bidh an aghaidh cuideachd a’ dèanamh cinnteach à sioncronachadh nan cuislean sin a bharrachd air na paramadairean lùtha is spatiotemporal a tha a dhìth. Bidh OPCPA eadar-mheadhanach ag obair aig ìre ath-aithris nas àirde (1 Hz) ag àrdachadh a’ chuisle le sgriob gu deichean de joules (2 ann am Figear 1). Tha a’ chuisle air a leudachadh tuilleadh leis an Booster OPCPA gu bhith na aon ghath kilojoule agus air a roinn ann an 12 fo-ghathan co-ionann (4 ann am Figear 1). Anns na 12 OPCPA mu dheireadh, tha gach aon de na 12 cuislean solais le sgriob air a mheudachadh chun ìre kilojoule (5 ann am Figear 1) agus an uairsin air a dhlùthadh le 12 gràtaichean teannachaidh (GC de 6 ann am Figear 1). Tha an criathrag sgaoilidh prògramaichte fuaimneach-optaigeach air a chleachdadh anns a’ cheann aghaidh gus smachd a chumail gu mionaideach air sgaoileadh astar buidhne agus sgaoileadh àrd-òrdugh, gus an leud cuisle as lugha a ghabhas fhaighinn. Tha cumadh faisg air supergauss 12mh òrdugh air an speactram cuisle, agus tha an leud-bann speactram aig 1% den luach as àirde 150 nm, a tha a’ freagairt ri leud cuisle crìoch cruth-atharrachaidh Fourier de 17 fs. A’ beachdachadh air an dìoladh sgaoilidh neo-choileanta agus duilgheadas dìoladh ìre neo-loidhneach ann an amplifiers paraimeadrach, is e 20 fs an leud cuisle ris a bheil dùil.
Bidh an leusair XCELS a’ cleachdadh dà mhodal dùblachaidh tricead leusair glainne neodymium UFL-2M 8-sianal (3 ann am Figear 1), agus thèid 13 seanalan dhiubh sin a chleachdadh gus an Booster OPCPA a phumpadh agus 12 OPCPA mu dheireadh. Thèid na trì seanalan a tha air fhàgail a chleachdadh mar nano-dhiog kilojoule cuisleach neo-eisimeileach.stòran laserairson deuchainnean eile. Air a chuingealachadh le stairsneach briseadh-sìos optigeach criostalan DKDP, tha dian rèididheachd a’ chuisle pumpaichte air a shuidheachadh gu 1.5 GW/cm2 airson gach seanail agus tha an fad 3.5 ns.
Bidh gach seanal den leusair XCELS a’ dèanamh cuislean le cumhachd de 50 PW. Tha 12 seanalan gu h-iomlan a’ toirt seachad cumhachd toraidh iomlan de 600 PW. Anns a’ phrìomh sheòmar targaid, is e 0.44 × 1025 W / cm2 an dian fòcas as àirde airson gach seanal fo chumhachan air leth freagarrach, a’ gabhail ris gu bheil eileamaidean fòcas F / 1 air an cleachdadh airson fòcas. Ma thèid cuisle gach seanail a dhlùthadh tuilleadh gu 2.6 fs le dòigh iar-dhlùthaidh, thèid cumhachd cuisle toraidh co-fhreagarrach a mheudachadh gu 230 PW, a tha a’ freagairt ri dian solais de 2.0 × 1025 W / cm2.
Gus dian solais nas motha fhaighinn, aig toradh 600 PW, thèid cuislean an t-solais anns na 12 seanalan a chuimseachadh ann an geoimeatraidh rèididheachd dipole neo-dhìreach, mar a chithear ann am Figear 2. Nuair nach eil ìre a’ chuisle anns gach seanail glaiste, faodaidh dian an fhòcais ruighinn 9 × 1025 W / cm2. Ma tha gach ìre cuisle glaiste agus sioncronaichte, thèid dian an t-solais co-leanailteach a thig às a mheudachadh gu 3.2 × 1026 W / cm2. A bharrachd air a’ phrìomh sheòmar targaid, tha suas ri 10 deuchainn-lannan luchd-cleachdaidh anns a’ phròiseact XCELS, gach fear a’ faighinn aon ghathan no barrachd airson deuchainnean. A’ cleachdadh an raoin solais air leth làidir seo, tha pròiseact XCELS an dùil deuchainnean a dhèanamh ann an ceithir roinnean: pròiseasan electrodynamics cuantamach ann an raointean laser dian; Riochdachadh agus luathachadh mìrean; Gineadh rèididheachd electromagnetic àrd-sgoile; reul-eòlas obair-lann, pròiseasan dùmhlachd lùtha àrd agus rannsachadh breithneachaidh.
FIG. 2 Geoimeatraidh fòcasachaidh anns a’ phrìomh sheòmar targaid. Airson soilleireachd, tha sgàthan parabolic beam 6 air a shuidheachadh gu follaiseach, agus chan eil ach dà sheanal 1 agus 7 air an sealltainn anns na beams cuir a-steach is toraidh.
Tha Figear 3 a’ sealltainn cruth fànais gach raon gnìomhach de shiostam leusair XCELS anns an togalach deuchainneach. Tha dealan, pumpaichean falamh, làimhseachadh uisge, glanadh agus fionnarachadh-àile suidhichte anns an làr ìseal. Tha farsaingeachd iomlan an togail nas motha na 24,000 m2. Tha an caitheamh cumhachd iomlan mu 7.5 MW. Tha an togalach deuchainneach air a dhèanamh suas de fhrèam iomlan falamh a-staigh agus earrann a-muigh, gach fear air a thogail air dà bhunait neo-cheangailte. Tha na siostaman falamh agus siostaman crith eile air an stàladh air a’ bhunait le crith iomallach, gus am bi meud an dragh a thèid a thar-chuir chun t-siostam leusair tron bhunait agus an taic air a lughdachadh gu nas lugha na 10-10 g2/Hz anns an raon tricead 1-200 Hz. A bharrachd air an sin, tha lìonra de chomharran fiosrachaidh geodesic air a stèidheachadh anns an talla leusair gus sùil a chumail gu siostamach air gluasad na talmhainn agus an uidheamachd.
Tha pròiseact XCELS ag amas air goireas rannsachaidh saidheansail mòr a chruthachadh stèidhichte air leusairean cumhachd as àirde. Dh’ fhaodadh aon seanail de shiostam leusair XCELS dian solais fòcasach a thoirt seachad grunn thursan nas àirde na 1024 W/cm2, agus faodar sin a shàrachadh le 1025 W/cm2 le teicneòlas iar-theannachaidh. Le bhith a’ cur cuislean fòcas dipole bho 12 seanail anns an t-siostam leusair, faodar dian faisg air 1026 W/cm2 a choileanadh eadhon às aonais iar-theannachaidh agus glasadh ìre. Ma tha an sioncronachadh ìre eadar seanalan glaiste, bidh an dian solais grunn thursan nas àirde. Le bhith a’ cleachdadh nan dian cuisle sin a bhriseas clàran agus cruth beam ioma-seanail, bidh goireas XCELS san àm ri teachd comasach air deuchainnean a dhèanamh le dian fìor àrd, sgaoilidhean achaidh solais iom-fhillte, agus eadar-obrachaidhean a dhearbhadh a’ cleachdadh gathan leusair ioma-seanail agus rèididheachd àrd-sgoile. Bidh seo a’ cluich pàirt gun samhail ann an raon fiosaig deuchainneach achaidh electromagnetic anabarrach làidir.
Àm puist: 26 Màrt 2024