अलीकडेच, रशियन अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या उपयोजित भौतिकशास्त्र संस्थेने एक्सवाट सेंटर फॉर एक्स्ट्रीम लाइट स्टडी (एक्ससीईएलएस) सादर केला, जो अत्यंत आधारित मोठ्या वैज्ञानिक उपकरणांसाठी संशोधन कार्यक्रम आहे.उच्च शक्ती लेसर. प्रकल्प एक अतिशय बांधकाम समावेशउच्च शक्तीचा लेसरमोठ्या छिद्र पोटॅशियम डिड्युटेरियम फॉस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टल्समध्ये ऑप्टिकल पॅरामेट्रिक चिरपड पल्स ॲम्प्लीफिकेशन तंत्रज्ञानावर आधारित, 600 PW पीक पॉवर डाळींचे एकूण उत्पादन अपेक्षित आहे. हे कार्य XCELS प्रकल्प आणि त्याच्या लेसर प्रणालींबद्दल महत्त्वपूर्ण तपशील आणि संशोधन निष्कर्ष प्रदान करते, अति-मजबूत प्रकाश क्षेत्र परस्परसंवादाशी संबंधित अनुप्रयोग आणि संभाव्य प्रभावांचे वर्णन करते.
XCELS कार्यक्रम 2011 मध्ये प्रस्तावित करण्यात आला होता ज्याचे प्रारंभिक उद्दिष्ट शिखर शक्ती प्राप्त करण्यासाठी होते.लेसर200 PW चे पल्स आउटपुट, जे सध्या 600 PW वर अपग्रेड केले आहे. त्याचीलेसर प्रणालीतीन प्रमुख तंत्रज्ञानावर अवलंबून आहे:
(१) ऑप्टिकल पॅरामेट्रिक चिर्पड पल्स ॲम्प्लीफिकेशन (OPCPA) तंत्रज्ञान पारंपारिक चिर्पड पल्स ॲम्प्लिफिकेशन (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) ऐवजी वापरले जाते. सीपीए) तंत्रज्ञान;
(2) DKDP चा वापर करून लाभाचे माध्यम, अल्ट्रा वाइडबँड फेज मॅचिंग 910 nm तरंगलांबीच्या जवळ लक्षात येते;
(3) हजारो ज्युल्सच्या पल्स एनर्जीसह मोठ्या छिद्र निओडीमियम ग्लास लेसरचा वापर पॅरामेट्रिक ॲम्प्लिफायर पंप करण्यासाठी केला जातो.
अल्ट्रा-वाइडबँड फेज मॅचिंग बऱ्याच क्रिस्टल्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर आढळते आणि OPCPA फेमटोसेकंड लेसरमध्ये वापरले जाते. डीकेडीपी क्रिस्टल्सचा वापर केला जातो कारण ते व्यवहारात आढळणारे एकमेव साहित्य आहे जे छिद्राच्या दहा सेंटीमीटरपर्यंत वाढविले जाऊ शकते आणि त्याच वेळी मल्टी-पीडब्ल्यू पॉवरच्या प्रवर्धनास समर्थन देण्यासाठी स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण आहेत.लेसर. असे आढळून आले की जेव्हा डीकेडीपी क्रिस्टलला एनडी ग्लास लेसरच्या दुहेरी फ्रिक्वेंसी लाइटद्वारे पंप केला जातो, जर प्रवर्धित नाडीची वाहक तरंगलांबी 910 एनएम असेल, तर वेव्ह वेक्टरच्या विसंगतीच्या टेलर विस्ताराच्या पहिल्या तीन संज्ञा 0 आहेत.
आकृती 1 XCELS लेसर प्रणालीची योजनाबद्ध मांडणी आहे. समोरच्या टोकाने 910 nm (आकृती 1 मधील 1.3) मध्यवर्ती तरंगलांबी आणि 1054 nm नॅनोसेकंद डाळी OPCPA पंप केलेल्या लेसरमध्ये (आकृती 1 मधील 1.1 आणि 1.2) इंजेक्ट केलेल्या फेमटोसेकंद डाळी निर्माण केल्या. पुढचे टोक या डाळींचे सिंक्रोनाइझेशन तसेच आवश्यक ऊर्जा आणि स्पॅटिओटेम्पोरल पॅरामीटर्स देखील सुनिश्चित करते. उच्च पुनरावृत्ती दर (1 Hz) वर कार्यरत एक मध्यवर्ती OPCPA चीर्प्ड नाडी दहापट जूल (आकृती 1 मधील 2) पर्यंत वाढवते. बूस्टर ओपीसीपीए द्वारे नाडी आणखी एका किलोज्युल बीममध्ये वाढविली जाते आणि 12 समान उप-बीममध्ये विभागली जाते (आकृती 1 मधील 4). अंतिम 12 OPCPA मध्ये, 12 चिरपड लाइट पल्सपैकी प्रत्येक किलोज्युल स्तरावर (आकृती 1 मधील 5) वाढविले जाते आणि नंतर 12 कॉम्प्रेशन ग्रेटिंग्स (आकृती 1 मध्ये 6 चे GC) द्वारे संकुचित केले जाते. अकौस्टो-ऑप्टिक प्रोग्रामेबल डिस्पर्शन फिल्टरचा वापर समोरच्या टोकाला गट वेग फैलाव आणि उच्च क्रमाचा फैलाव नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो, जेणेकरून शक्य तितकी लहान पल्स रुंदी मिळवता येईल. पल्स स्पेक्ट्रमचा आकार जवळपास 12व्या-ऑर्डर सुपरगॉसचा आहे आणि कमाल मूल्याच्या 1% वर स्पेक्ट्रल बँडविड्थ 150 nm आहे, 17 fs च्या फूरियर ट्रान्सफॉर्म मर्यादा पल्स रुंदीशी संबंधित आहे. अपूर्ण फैलाव भरपाई आणि पॅरामेट्रिक ॲम्प्लीफायरमध्ये नॉनलाइनर फेज नुकसान भरपाईची अडचण लक्षात घेता, अपेक्षित पल्स रुंदी 20 fs आहे.
XCELS लेसर दोन 8-चॅनेल UFL-2M neodymium ग्लास लेसर फ्रिक्वेंसी डबलिंग मॉड्यूल (आकृती 1 मध्ये 3) वापरेल, ज्यापैकी 13 चॅनेल बूस्टर OPCPA आणि 12 अंतिम OPCPA पंप करण्यासाठी वापरल्या जातील. उर्वरित तीन वाहिन्या स्वतंत्र नॅनोसेकंद किलोज्युल स्पंदित म्हणून वापरल्या जातीललेसर स्रोतइतर प्रयोगांसाठी. DKDP क्रिस्टल्सच्या ऑप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेशोल्डद्वारे मर्यादित, पंप केलेल्या नाडीची विकिरण तीव्रता प्रत्येक चॅनेलसाठी 1.5 GW/cm2 वर सेट केली जाते आणि कालावधी 3.5 ns आहे.
XCELS लेसरचे प्रत्येक चॅनेल 50 PW क्षमतेसह डाळी तयार करते. एकूण 12 चॅनेल एकूण 600 PW ची आउटपुट पॉवर प्रदान करतात. मुख्य लक्ष्य चेंबरमध्ये, आदर्श परिस्थितीत प्रत्येक चॅनेलची जास्तीत जास्त फोकसिंग तीव्रता 0.44×1025 W/cm2 आहे, असे गृहीत धरून की F/1 फोकसिंग घटक फोकसिंगसाठी वापरले जातात. पोस्ट-कॉम्प्रेशन तंत्राद्वारे प्रत्येक चॅनेलची नाडी आणखी 2.6 fs पर्यंत संकुचित केली असल्यास, 2.0×1025 W/cm2 च्या प्रकाश तीव्रतेशी संबंधित आउटपुट पल्स पॉवर 230 PW पर्यंत वाढविली जाईल.
जास्त प्रकाश तीव्रता प्राप्त करण्यासाठी, 600 PW आउटपुटवर, आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 12 चॅनेलमधील प्रकाश डाळी व्यस्त द्विध्रुवीय रेडिएशनच्या भूमितीमध्ये केंद्रित केल्या जातील. प्रत्येक चॅनेलमधील नाडीचा टप्पा लॉक नसताना, फोकसची तीव्रता कमी होऊ शकते. 9×1025 W/cm2 पर्यंत पोहोचा. प्रत्येक पल्स फेज लॉक आणि सिंक्रोनाइझ केल्यास, सुसंगत परिणामी प्रकाश तीव्रता 3.2×1026 W/cm2 पर्यंत वाढविली जाईल. मुख्य लक्ष्य कक्ष व्यतिरिक्त, XCELS प्रकल्पामध्ये 10 वापरकर्ता प्रयोगशाळा समाविष्ट आहेत, प्रत्येक प्रयोगासाठी एक किंवा अधिक बीम प्राप्त करतात. हे अत्यंत मजबूत प्रकाश क्षेत्र वापरून, XCELS प्रकल्प चार श्रेणींमध्ये प्रयोग करण्याची योजना आखत आहे: तीव्र लेसर फील्डमध्ये क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रिया; कणांचे उत्पादन आणि प्रवेग; दुय्यम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची निर्मिती; प्रयोगशाळा खगोल भौतिकशास्त्र, उच्च ऊर्जा घनता प्रक्रिया आणि निदान संशोधन.
अंजीर. 2 मुख्य लक्ष्य चेंबरमध्ये भूमितीवर लक्ष केंद्रित करणे. स्पष्टतेसाठी, बीम 6 चा पॅराबोलिक मिरर पारदर्शक वर सेट केला आहे आणि इनपुट आणि आउटपुट बीम फक्त दोन चॅनेल 1 आणि 7 दर्शवितात.
आकृती 3 प्रायोगिक इमारतीतील XCELS लेसर प्रणालीच्या प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्राचा अवकाशीय मांडणी दर्शविते. वीज, व्हॅक्यूम पंप, पाणी प्रक्रिया, शुद्धीकरण आणि वातानुकूलन तळघरात आहेत. एकूण बांधकाम क्षेत्र 24,000 m2 पेक्षा जास्त आहे. एकूण वीज वापर सुमारे 7.5 मेगावॅट आहे. प्रायोगिक इमारतीमध्ये अंतर्गत पोकळ संपूर्ण फ्रेम आणि एक बाह्य विभाग असतो, प्रत्येक दोन जोडलेल्या पायावर बांधलेला असतो. व्हॅक्यूम आणि इतर कंपन-प्रेरित प्रणाली कंपन-विलग फाउंडेशनवर स्थापित केल्या आहेत, ज्यामुळे पाया आणि समर्थनाद्वारे लेसर प्रणालीमध्ये प्रसारित होणारा त्रासाचा मोठेपणा वारंवारता श्रेणीमध्ये 10-10 g2/Hz पेक्षा कमी केला जातो. 1-200 Hz याव्यतिरिक्त, जमिनीच्या प्रवाहाचे आणि उपकरणांचे पद्धतशीरपणे निरीक्षण करण्यासाठी लेसर हॉलमध्ये जिओडेसिक संदर्भ चिन्हकांचे नेटवर्क स्थापित केले आहे.
XCELS प्रकल्पाचे उद्दिष्ट अत्यंत उच्च शिखर पॉवर लेसरवर आधारित एक मोठी वैज्ञानिक संशोधन सुविधा निर्माण करणे आहे. XCELS लेसर प्रणालीचे एक चॅनेल 1024 W/cm2 पेक्षा कित्येक पटीने जास्त फोकस केलेले प्रकाश तीव्रता प्रदान करू शकते, जे पोस्ट-कंप्रेशन तंत्रज्ञानासह 1025 W/cm2 ने ओलांडले जाऊ शकते. लेसर सिस्टीममधील 12 चॅनेल्समधून द्विध्रुवीय-फोकसिंग डाळींद्वारे, पोस्ट-कॉम्प्रेशन आणि फेज लॉकिंगशिवाय 1026 W/cm2 जवळ तीव्रता प्राप्त केली जाऊ शकते. जर चॅनेलमधील फेज सिंक्रोनाइझेशन लॉक केले असेल, तर प्रकाशाची तीव्रता अनेक पटीने जास्त असेल. या रेकॉर्ड-ब्रेकिंग पल्स तीव्रतेचा आणि मल्टी-चॅनेल बीम लेआउटचा वापर करून, भविष्यातील XCELS सुविधा अत्यंत उच्च तीव्रतेसह प्रयोग करण्यास सक्षम असेल, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरण आणि मल्टी-चॅनेल लेसर बीम आणि दुय्यम रेडिएशन वापरून परस्परसंवादाचे निदान करू शकेल. हे सुपर-स्ट्राँग इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड प्रायोगिक भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रात एक अद्वितीय भूमिका बजावेल.
पोस्ट वेळ: मार्च-26-2024