O chionn ghoirid, thug Institiud Fiosaig Gnìomhaichte Acadamaidh Saidheansan na Ruis a-steach an t-Ionad eXawatt airson Sgrùdadh Solais Fìor (XCELS), prògram rannsachaidh airson innealan mòra saidheansail a tha stèidhichte air fìor àrd-ùrlar.lasers cumhachd àrd. Tha am pròiseact a’ toirt a-steach togail fìorleusair cumhachd àrdstèidhichte air teicneòlas leudachaidh cuisle parametric optigeach ann an criostalan fosgladh mòr potasium dideuterium phosphate (DKDP, foirmle ceimigeach KD2PO4), le dùil ri toradh iomlan de bhuillean cumhachd stùc 600 PW. Tha an obair seo a’ toirt seachad mion-fhiosrachadh cudromach agus co-dhùnaidhean rannsachaidh mu 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 am prògram XCELS a mholadh ann an 2011 leis a’ chiad amas a bhith a’ coileanadh àrd-chumhachdleusairtoradh cuisle de 200 PW, a tha an-dràsta air ùrachadh gu 600 PW. Tha asiostam laserTha e an urra ri trì prìomh theicneòlasan:
(1) Tha teicneòlas Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) air a chleachdadh an àite leudachadh traidiseanta Chirped Pulse (Meudachadh Chirped Pulse, OPCPA). CPA) teicneòlas;
(2) A’ cleachdadh DKDP mar mheadhan buannachd, tha maidseadh ìre bann leathann air a thoirt gu buil faisg air tonn-tonn 910 nm;
(3) Thathas a ’cleachdadh leusair glainne neodymium fosgladh mòr le lùth buille de mhìltean de joules gus amplifier parametric a phumpadh.
Tha maidseadh ìre bann-leathann air a lorg gu farsaing ann an iomadh criostalan agus tha e air a chleachdadh ann an lasers femtosecond OPCPA. Thathas a’ cleachdadh criostalan DKDP leis gur iad sin an aon stuth a lorgar ann an cleachdadh a dh’ fhaodar fhàs gu deichean de cheudameatairean de dh’fhosgladh agus aig an aon àm tha feartan optigeach iomchaidh aca gus taic a thoirt do leudachadh cumhachd ioma-PW.leusair. Thathas a ’faighinn a-mach, nuair a thèid an criostal DKDP a phumpadh le solas tricead dùbailte an leusair glainne ND, mas e tonn-tonn giùlain a’ chuisle meudaichte 910 nm, is e a ’chiad trì teirmean de leudachadh Taylor air mì-chothromachadh vectar tonn 0.
Tha Figear 1 na chruth sgeamach de shiostam laser XCELS. Chruthaich an ceann aghaidh buillean femtosecond chirped le tonn-tonn sa mheadhan de 910 nm (1.3 ann am Figear 1) agus buillean nanosecond 1054 nm air an stealladh a-steach don leusair pumpaidh OPCPA (1.1 agus 1.2 ann am Figear 1). Bidh an ceann aghaidh cuideachd a’ dèanamh cinnteach gu bheil na buillean sin air an sioncronadh 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 chirped gu deichean de joules (2 ann am Figear 1). Tha an cuisle air a mheudachadh tuilleadh leis an Booster OPCPA gu bhith na aon ghiùlan kilojoule agus air a roinn ann an 12 fo-beams co-ionann (4 ann am Figear 1). Anns an 12 OPCPA mu dheireadh, tha gach aon de na 12 buillean solais chirped air a mheudachadh gu ìre kilojoule (5 ann am Figear 1) agus an uairsin air a dhlùthadh le 12 gratings teannachaidh (GC de 6 ann am Figear 1). Tha an sìoltachan sgaoilidh prògramaichte acousto-optic air a chleachdadh aig a’ cheann aghaidh gus smachd mionaideach a chumail air sgaoileadh astar buidhne agus sgaoileadh àrd-òrdugh, gus an leud cuisle as lugha fhaighinn. Tha cumadh faisg air 12mh òrdugh supergauss aig an speactram cuisle, agus is e an leud-bann speurail aig 1% den luach as àirde 150 nm, a rèir leud cuisle cruth-atharrachaidh Fourier de 17 fs. A’ beachdachadh air an dìoladh sgaoilidh neo-choileanta agus cho duilich ‘s a tha e dìoladh ìre neo-loidhneach ann an amplifiers parametric, is e an leud cuisle ris a bheil dùil 20 fs.
Cleachdaidh an leusair XCELS dà mhodal dùblachadh tricead laser glainne neodymium 8-seanail UFL-2M (3 ann am Figear 1), agus thèid 13 seanalan a chleachdadh gus an Booster OPCPA agus 12 OPCPA deireannach a phumpadh. Thèid na trì seanalan a tha air fhàgail a chleachdadh mar nanosecond kilojoule pulsed neo-eisimeileachstòran laserairson deuchainnean eile. Cuingichte le stairsneach brisidh optigeach nan criostalan DKDP, tha dian irradachaidh na cuisle pumpaidh air a shuidheachadh gu 1.5 GW / cm2 airson gach seanal agus is e an ùine 3.5 ns.
Bidh gach sianal den leusair XCELS a’ toirt a-mach buillean le cumhachd 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 de gach seanal fo chumhachan air leth, a’ gabhail ris gu bheilear a’ cleachdadh eileamaidean fòcas F/1 airson fòcas. Ma thèid cuisle gach seanail a dhlùthadh nas fhaide gu 2.6 fs le innleachd iar-dhùmhlachaidh, thèid an cumhachd cuisle toraidh co-fhreagarrach àrdachadh gu 230 PW, a rèir dian solais 2.0 × 1025 W / cm2.
Gus barrachd dian solais a choileanadh, aig toradh 600 PW, bidh na buillean solais anns na 12 seanalan air an cuimseachadh ann an geoimeatraidh rèididheachd dipole inverse, mar a chithear ann am Figear 2. Nuair nach eil an ìre cuisle anns gach seanal glaiste, faodaidh an dian fòcas ruighinn 9 × 1025 W / cm2. Ma thèid gach ìre cuisle a ghlasadh agus a shioncronachadh, thèid an dian solais ciallach àrdachadh gu 3.2 × 1026 W / cm2. A bharrachd air a’ phrìomh sheòmar targaid, tha suas ri 10 deuchainn-lannan luchd-cleachdaidh ann am pròiseact XCELS, gach fear a’ faighinn aon no barrachd sailean airson deuchainnean. A ’cleachdadh an raon solais fìor làidir seo, tha am pròiseact XCELS an dùil deuchainnean a dhèanamh ann an ceithir roinnean: pròiseasan electrodynamics cuantamach ann an raointean laser dian; cinneasachadh agus luathachadh mìrean; Gineadh rèididheachd electromagnetic àrd-sgoile; Astrophysics obair-lann, pròiseasan dùmhlachd lùth àrd agus sgrùdadh breithneachaidh.
FIG. 2 Geoimeatraidh fòcasach anns a’ phrìomh sheòmar targaid. Airson soilleireachd, tha an sgàthan parabolic de beam 6 air a shuidheachadh gu follaiseach, agus chan eil na sailean cuir a-steach is toraidh a’ nochdadh ach dà sheanail 1 agus 7
Tha Figear 3 a’ sealltainn cruth spàsail gach raon gnìomh de shiostam laser XCELS san togalach deuchainneach. Tha dealan, pumpaichean falamh, làimhseachadh uisge, glanadh agus fionnarachadh-àile suidhichte san làr ìseal. Tha an raon togail iomlan nas motha na 24,000 m2. Tha an caitheamh cumhachd iomlan timcheall air 7.5 MW. Tha an togalach deuchainneach air a dhèanamh suas de fhrèam iomlan lag a-staigh agus earrann a-muigh, gach fear air a thogail air dà bhunait dealaichte. Tha am falamh agus siostaman brosnachaidh crathaidh eile air an cur a-steach air a ’bhun-stèidh aonaranach crathaidh, gus am bi leud a’ bhuairidh a thèid a chuir chun t-siostam laser tron bhun-stèidh agus an taic air a lughdachadh gu nas lugha na 10-10 g2 / Hz anns an raon tricead de 1-200 Hz. A bharrachd air an sin, tha lìonra de chomharran fiosrachaidh geodesic air a stèidheachadh anns an talla laser gus sùil a chumail gu riaghailteach air gluasad na talmhainn agus an uidheamachd.
Tha am pròiseact XCELS ag amas air goireas rannsachaidh saidheansail mòr a chruthachadh stèidhichte air lasers cumhachd stùc fìor àrd. Faodaidh aon seanal de shiostam laser XCELS dian solais fòcas a thoirt seachad grunn thursan nas àirde na 1024 W / cm2, a dh’ fhaodar a dhol thairis air 1025 W / cm2 le teicneòlas iar-dhùmhlachaidh. Le buillean le fòcas dipole bho 12 seanalan san t-siostam laser, faodar dian faisg air 1026 W / cm2 a choileanadh eadhon às aonais iar-dhùmhlachadh agus glasadh ìre. Ma tha an sioncronadh ìre eadar seanalan glaiste, bidh an dian solais grunn thursan nas àirde. Le bhith a’ cleachdadh na h-ìrean dian cuisle seo agus an cruth giùlan ioma-seanail, bidh an goireas XCELS san àm ri teachd comasach air deuchainnean a dhèanamh le sgaoilidhean raon solais iom-fhillte, dian, agus eadar-obrachaidhean a lorg le bhith a’ cleachdadh sailean laser ioma-seanail agus rèididheachd àrd-sgoile. Bidh àite sònraichte aig seo ann an raon fiosaig deuchainneach raon electromagnetic fìor làidir.
Ùine puist: Mar-26-2024