अलीकडेच, रशियन अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या अप्लाइड फिजिक्स इन्स्टिट्यूटने eXawatt सेंटर फॉर एक्स्ट्रीम लाईट स्टडी (XCELS) सुरू केले, जो अत्यंतउच्च शक्तीचे लेसर. या प्रकल्पात एक अतिशय बांधकाम समाविष्ट आहेउच्च शक्तीचा लेसरमोठ्या अपर्चर पोटॅशियम डायड्युटेरियम फॉस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टल्समध्ये ऑप्टिकल पॅरामीट्रिक चिर्प्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन तंत्रज्ञानावर आधारित, ज्याचे एकूण आउटपुट 600 PW पीक पॉवर पल्स अपेक्षित आहे. हे काम XCELS प्रकल्प आणि त्याच्या लेसर सिस्टीमबद्दल महत्त्वाचे तपशील आणि संशोधन निष्कर्ष प्रदान करते, अल्ट्रा-स्ट्रॉन्ग लाईट फील्ड इंटरॅक्शनशी संबंधित अनुप्रयोग आणि संभाव्य परिणामांचे वर्णन करते.
XCELS कार्यक्रम २०११ मध्ये सर्वोच्च शक्ती प्राप्त करण्याच्या सुरुवातीच्या उद्दिष्टासह प्रस्तावित करण्यात आला होतालेसर२०० पीडब्ल्यूचा पल्स आउटपुट, जो सध्या ६०० पीडब्ल्यू पर्यंत वाढवला आहे.लेसर प्रणालीतीन प्रमुख तंत्रज्ञानावर अवलंबून आहे:
(१) पारंपारिक चिरप्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन (चिरप्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन, ओपीसीपीए). सीपीए) तंत्रज्ञानाऐवजी ऑप्टिकल पॅरामीट्रिक चिरप्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन (ओपीसीपीए) तंत्रज्ञान वापरले जाते;
(२) डीकेडीपीचा फायदा माध्यम म्हणून वापर करून, अल्ट्रा वाइडबँड फेज मॅचिंग ९१० एनएम तरंगलांबीजवळ साध्य केले जाते;
(३) पॅरामीट्रिक अॅम्प्लिफायर पंप करण्यासाठी हजारो ज्युलची पल्स एनर्जी असलेला मोठा एपर्चर निओडीमियम ग्लास लेसर वापरला जातो.
अल्ट्रा-वाइडबँड फेज मॅचिंग अनेक क्रिस्टल्समध्ये मोठ्या प्रमाणात आढळते आणि OPCPA फेमटोसेकंद लेसरमध्ये वापरले जाते. DKDP क्रिस्टल्स वापरले जातात कारण ते सरावात आढळणारे एकमेव साहित्य आहे जे दहा सेंटीमीटर एपर्चरपर्यंत वाढवता येते आणि त्याच वेळी मल्टी-पीडब्ल्यू पॉवरच्या प्रवर्धनास समर्थन देण्यासाठी स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण आहेत.लेसर. असे आढळून आले आहे की जेव्हा ND ग्लास लेसरच्या दुहेरी वारंवारता प्रकाशाद्वारे DKDP क्रिस्टल पंप केला जातो, जर प्रवर्धित नाडीची वाहक तरंगलांबी 910 nm असेल, तर वेव्ह वेक्टर मिसॅमॅचच्या टेलर विस्ताराच्या पहिल्या तीन पदे 0 असतात.
आकृती १ ही XCELS लेसर प्रणालीची योजनाबद्ध मांडणी आहे. पुढच्या टोकाने ९१० nm (आकृती १ मध्ये १.३) च्या मध्यवर्ती तरंगलांबीसह चिरप्ड फेमटोसेकंद पल्स आणि १०५४ nm नॅनोसेकंद पल्स निर्माण केले ज्या OPCPA पंप केलेल्या लेसरमध्ये इंजेक्ट केल्या जातात (आकृती १ मध्ये १.१ आणि १.२). समोरचा टोक या पल्सचे सिंक्रोनाइझेशन तसेच आवश्यक ऊर्जा आणि स्पॅटिओटेम्पोरल पॅरामीटर्स देखील सुनिश्चित करतो. उच्च पुनरावृत्ती दराने (१ Hz) कार्यरत असलेला एक मध्यवर्ती OPCPA चिरप्ड पल्सला दहा जूलपर्यंत वाढवतो (आकृती १ मध्ये २). बूस्टर OPCPA द्वारे नाडीला एका किलोजूल बीममध्ये आणखी वाढवले जाते आणि १२ समान उप-बीममध्ये विभागले जाते (आकृती १ मध्ये ४). अंतिम १२ OPCPA मध्ये, १२ चिरप्ड लाईट पल्सपैकी प्रत्येक किलोजूल पातळीपर्यंत वाढवले जाते (आकृती १ मध्ये ५) आणि नंतर १२ कॉम्प्रेशन ग्रेटिंग्जद्वारे संकुचित केले जाते (आकृती १ मध्ये ६ चे GC). ग्रुप व्हेलॉसिटी डिस्पर्शन आणि हाय ऑर्डर डिस्पर्शन अचूकपणे नियंत्रित करण्यासाठी फ्रंट एंडमध्ये अ‍ॅकॉस्टो-ऑप्टिक प्रोग्रामेबल डिस्पर्शन फिल्टर वापरला जातो, जेणेकरून शक्य तितकी कमीत कमी पल्स रुंदी मिळू शकेल. पल्स स्पेक्ट्रमचा आकार जवळजवळ १२ व्या-ऑर्डर सुपरगॉससारखा असतो आणि जास्तीत जास्त मूल्याच्या १% वर स्पेक्ट्रल बँडविड्थ १५० एनएम असते, जी १७ एफएस च्या फूरियर ट्रान्सफॉर्म लिमिट पल्स रुंदीशी संबंधित असते. पॅरामीट्रिक अॅम्प्लिफायर्समध्ये अपूर्ण डिस्पर्शन भरपाई आणि नॉनलाइनर फेज कॉम्पेन्सेशनची अडचण लक्षात घेता, अपेक्षित पल्स रुंदी २० एफएस आहे.
XCELS लेसरमध्ये दोन 8-चॅनेल UFL-2M निओडायमियम ग्लास लेसर फ्रिक्वेन्सी डबलिंग मॉड्यूल (आकृती 1 मध्ये 3) असतील, ज्यापैकी 13 चॅनेल बूस्टर OPCPA पंप करण्यासाठी आणि 12 अंतिम OPCPA पंप करण्यासाठी वापरले जातील. उर्वरित तीन चॅनेल स्वतंत्र नॅनोसेकंद किलोज्युल पल्स्ड म्हणून वापरले जातील.लेसर स्रोतइतर प्रयोगांसाठी. DKDP क्रिस्टल्सच्या ऑप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेशोल्डद्वारे मर्यादित, पंप केलेल्या पल्सची विकिरण तीव्रता प्रत्येक चॅनेलसाठी 1.5 GW/cm2 वर सेट केली आहे आणि कालावधी 3.5 ns आहे.
XCELS लेसरचा प्रत्येक चॅनेल ५० PW च्या पॉवरसह पल्स तयार करतो. एकूण १२ चॅनेल ६०० PW ची एकूण आउटपुट पॉवर प्रदान करतात. मुख्य लक्ष्य चेंबरमध्ये, आदर्श परिस्थितीत प्रत्येक चॅनेलची जास्तीत जास्त फोकसिंग तीव्रता ०.४४×१०२५ W/cm२ असते, असे गृहीत धरले जाते की F/१ फोकसिंग घटक फोकसिंगसाठी वापरले जातात. जर प्रत्येक चॅनेलची पल्स पोस्ट-कंप्रेशन तंत्राने २.६ fs पर्यंत अधिक संकुचित केली गेली, तर संबंधित आउटपुट पल्स पॉवर २.०×१०२५ W/cm२ च्या प्रकाश तीव्रतेशी संबंधित २३० PW पर्यंत वाढेल.
जास्त प्रकाश तीव्रता प्राप्त करण्यासाठी, ६०० पीडब्ल्यू आउटपुटवर, १२ चॅनेलमधील प्रकाश स्पंदने आकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, व्यस्त द्विध्रुवीय किरणोत्सर्गाच्या भूमितीमध्ये केंद्रित केली जातील. जेव्हा प्रत्येक चॅनेलमधील पल्स फेज लॉक केलेला नसतो, तेव्हा फोकस तीव्रता ९×१०२५ W/cm२ पर्यंत पोहोचू शकते. जर प्रत्येक पल्स फेज लॉक केला आणि सिंक्रोनाइझ केला तर सुसंगत परिणामी प्रकाश तीव्रता ३.२×१०२६ W/cm२ पर्यंत वाढवली जाईल. मुख्य लक्ष्य कक्षाव्यतिरिक्त, XCELS प्रकल्पात १० वापरकर्ता प्रयोगशाळा समाविष्ट आहेत, प्रत्येक प्रयोगशाळेत प्रयोगांसाठी एक किंवा अधिक बीम प्राप्त होतात. या अत्यंत मजबूत प्रकाश क्षेत्राचा वापर करून, XCELS प्रकल्प चार श्रेणींमध्ये प्रयोग करण्याची योजना आखत आहे: तीव्र लेसर क्षेत्रांमध्ये क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रिया; कणांचे उत्पादन आणि प्रवेग; दुय्यम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची निर्मिती; प्रयोगशाळेतील खगोल भौतिकशास्त्र, उच्च ऊर्जा घनता प्रक्रिया आणि निदान संशोधन.
आकृती २ मुख्य लक्ष्य कक्षातील भूमितीचे लक्ष केंद्रित करणे. स्पष्टतेसाठी, बीम ६ चा पॅराबॉलिक मिरर पारदर्शक वर सेट केला आहे आणि इनपुट आणि आउटपुट बीम फक्त दोन चॅनेल १ आणि ७ दर्शवतात.
आकृती ३ मध्ये प्रायोगिक इमारतीतील XCELS लेसर प्रणालीच्या प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्राचा स्थानिक लेआउट दाखवला आहे. वीज, व्हॅक्यूम पंप, पाणी प्रक्रिया, शुद्धीकरण आणि वातानुकूलन तळघरात आहेत. एकूण बांधकाम क्षेत्र २४,००० चौरस मीटरपेक्षा जास्त आहे. एकूण वीज वापर सुमारे ७.५ मेगावॅट आहे. प्रायोगिक इमारतीमध्ये अंतर्गत पोकळ चौकट आणि बाह्य भाग आहे, प्रत्येक भाग दोन विभाजित पायांवर बांधलेला आहे. व्हॅक्यूम आणि इतर कंपन-प्रेरणा देणारे प्रणाली कंपन-पृथक पायावर स्थापित केल्या आहेत, जेणेकरून पाया आणि आधाराद्वारे लेसर प्रणालीमध्ये प्रसारित होणाऱ्या विघटनाचे मोठेपणा १-२०० हर्ट्झच्या वारंवारता श्रेणीमध्ये १०-१० g2/Hz पेक्षा कमी केले जाईल. याव्यतिरिक्त, जमिनीच्या आणि उपकरणांच्या प्रवाहाचे पद्धतशीरपणे निरीक्षण करण्यासाठी लेसर हॉलमध्ये जिओडेसिक संदर्भ मार्करचे नेटवर्क स्थापित केले आहे.
XCELS प्रकल्पाचे उद्दिष्ट अत्यंत उच्च शिखर शक्ती असलेल्या लेसरवर आधारित एक मोठी वैज्ञानिक संशोधन सुविधा निर्माण करणे आहे. XCELS लेसर प्रणालीचा एक चॅनेल १०२४ W/cm2 पेक्षा अनेक पट जास्त केंद्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान करू शकतो, जो पोस्ट-कंप्रेशन तंत्रज्ञानाने १०२५ W/cm2 ने ओलांडता येतो. लेसर प्रणालीतील १२ चॅनेलमधून द्विध्रुवीय-केंद्रित पल्सद्वारे, पोस्ट-कंप्रेशन आणि फेज लॉकिंगशिवाय देखील १०२६ W/cm2 च्या जवळची तीव्रता प्राप्त करता येते. जर चॅनेलमधील फेज सिंक्रोनाइझेशन लॉक केले असेल, तर प्रकाश तीव्रता अनेक पट जास्त असेल. या रेकॉर्डब्रेकिंग पल्स तीव्रता आणि मल्टी-चॅनेल बीम लेआउटचा वापर करून, भविष्यातील XCELS सुविधा अत्यंत उच्च तीव्रतेसह, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरणांसह प्रयोग करण्यास आणि मल्टी-चॅनेल लेसर बीम आणि दुय्यम रेडिएशन वापरून परस्परसंवादांचे निदान करण्यास सक्षम असेल. हे सुपर-स्ट्राँग इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड प्रायोगिक भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रात एक अद्वितीय भूमिका बजावेल.
पोस्ट वेळ: मार्च-२६-२०२४