ບໍ່ດົນມານີ້, ສະຖາບັນຟີຊິກສາດຂອງສະຖາບັນວິທະຍາສາດລັດເຊຍໄດ້ນໍາສະເຫນີສູນ eXawatt ສໍາລັບການສຶກສາແສງສະຫວ່າງທີ່ສຸດ (XCELS), ໂຄງການຄົ້ນຄ້ວາສໍາລັບອຸປະກອນວິທະຍາສາດຂະຫນາດໃຫຍ່ໂດຍອີງໃສ່ທີ່ສຸດ.lasers ພະລັງງານສູງ. ໂຄງການດັ່ງກ່າວປະກອບມີການກໍ່ສ້າງຫຼາຍlaser ພະລັງງານສູງອີງຕາມເທກໂນໂລຍີການຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນ optical parametric chirped ໃນຮູຮັບແສງຂະຫນາດໃຫຍ່ໂພແທດຊຽມ Dideuterium phosphate (DKDP, ສູດເຄມີ KD2PO4), ມີຜົນຜະລິດທັງຫມົດຄາດວ່າຈະເປັນ 600 PW pulses ພະລັງງານສູງສຸດ. ວຽກງານນີ້ສະຫນອງລາຍລະອຽດທີ່ສໍາຄັນແລະຜົນການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບໂຄງການ XCELS ແລະລະບົບເລເຊີຂອງມັນ, ອະທິບາຍຄໍາຮ້ອງສະຫມັກແລະຜົນກະທົບທີ່ເປັນໄປໄດ້ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການໂຕ້ຕອບພາກສະຫນາມແສງສະຫວ່າງທີ່ແຂງແຮງ.
ໂຄງການ XCELS ໄດ້ຖືກສະເໜີໃນປີ 2011 ໂດຍມີເປົ້າໝາຍເບື້ອງຕົ້ນໃນການບັນລຸພະລັງງານສູງສຸດ.ເລເຊີຜົນຜະລິດກໍາມະຈອນຂອງ 200 PW, ເຊິ່ງປະຈຸບັນໄດ້ຖືກຍົກລະດັບເປັນ 600 PW. ຂອງມັນລະບົບເລເຊີອີງໃສ່ສາມເຕັກໂນໂລຊີທີ່ສໍາຄັນ:
(1) ເທກໂນໂລຍີ Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) ຖືກນໍາໃຊ້ແທນການຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນເຕັ້ນແບບດັ້ງເດີມ (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) ເຕັກໂນໂລຊີ;
(2) ການນໍາໃຊ້ DKDP ເປັນຂະຫນາດກາງທີ່ໄດ້ຮັບ, ການຈັບຄູ່ໄລຍະ ultra wideband ແມ່ນຮັບຮູ້ໃກ້ກັບໄລຍະ 910 nm;
(3) ເລເຊີແກ້ວ neodymium aperture ຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ມີພະລັງງານກໍາມະຈອນຂອງພັນ joules ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສູບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ parametric.
ການຈັບຄູ່ໄລຍະ Ultra-wideband ແມ່ນພົບເຫັນຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຫຼາຍໄປເຊຍກັນແລະຖືກນໍາໃຊ້ໃນເລເຊີ OPCPA femtosecond. ໄປເຊຍກັນ DKDP ຖືກນໍາໃຊ້ເພາະວ່າມັນເປັນວັດສະດຸດຽວທີ່ພົບເຫັນໃນການປະຕິບັດທີ່ສາມາດເຕີບໂຕໄດ້ເຖິງສິບຊັງຕີແມັດຂອງຮູຮັບແສງແລະໃນເວລາດຽວກັນມີຄຸນນະພາບ optical ທີ່ຍອມຮັບເພື່ອສະຫນັບສະຫນູນການຂະຫຍາຍຂອງພະລັງງານຫຼາຍ PW.ເລເຊີ. ມັນພົບເຫັນວ່າໃນເວລາທີ່ໄປເຊຍກັນ DKDP ໄດ້ຖືກ pumped ໂດຍແສງສະຫວ່າງຄວາມຖີ່ສອງເທົ່າຂອງ laser ແກ້ວ ND, ຖ້າ wavelength ຂອງ carrier ຂອງກໍາມະຈອນ amplified ແມ່ນ 910 nm, ສາມເງື່ອນໄຂທໍາອິດຂອງ Taylor ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ wave vector mismatch ແມ່ນ 0.
ຮູບທີ 1 ແມ່ນຮູບແບບໂຄງຮ່າງຂອງລະບົບເລເຊີ XCELS. ດ້ານຫນ້າຜະລິດ pulses femtosecond chirped ທີ່ມີຄວາມຍາວຄື່ນກາງຂອງ 910 nm (1.3 ໃນຮູບ 1) ແລະ 1054 nm nanosecond pulses ເຂົ້າໄປໃນ laser pumped OPCPA (1.1 ແລະ 1.2 ໃນຮູບ 1). ດ້ານຫນ້າຍັງຮັບປະກັນການ synchronization ຂອງກໍາມະຈອນເຕັ້ນເຫຼົ່ານີ້ເຊັ່ນດຽວກັນກັບພະລັງງານທີ່ຕ້ອງການແລະຕົວກໍານົດການ spatiotemporal. OPCPA ລະດັບປານກາງທີ່ດໍາເນີນການຢູ່ໃນອັດຕາການຄ້າງຫ້ອງທີ່ສູງຂຶ້ນ (1 Hz) ຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນເຕັ້ນໄປຫາຫຼາຍສິບ joules (2 ໃນຮູບ 1). ກໍາມະຈອນໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍຕື່ມອີກໂດຍ Booster OPCPA ເຂົ້າໄປໃນ beam ກິໂລຈູນດຽວແລະແບ່ງອອກເປັນ 12 sub-beams ຄືກັນ (4 ໃນຮູບ 1). ໃນ 12 OPCPA ສຸດທ້າຍ, ແຕ່ລະ 12 chirped light pulses ໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍໄປສູ່ລະດັບກິໂລຈູນ (5 ໃນຮູບ 1) ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກບີບອັດດ້ວຍ 12 compression gratings (GC ຂອງ 6 ໃນຮູບ 1). ການກັ່ນຕອງການກະຈາຍຂອງໂປຣແກຣມ acousto-optic ຖືກນໍາໃຊ້ຢູ່ດ້ານຫນ້າເພື່ອຄວບຄຸມການກະແຈກກະຈາຍຄວາມໄວຂອງກຸ່ມທີ່ຊັດເຈນແລະການກະແຈກກະຈາຍຕາມລໍາດັບສູງ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດ. Pulse spectrum ມີຮູບຮ່າງຂອງ supergauss ເກືອບ 12th-order, ແລະ spectral bandwidth ຢູ່ທີ່ 1% ຂອງຄ່າສູງສຸດແມ່ນ 150 nm, ກົງກັບ Fourier transform limit pulse width ຂອງ 17 fs. ພິຈາລະນາການຊົດເຊີຍການກະຈາຍທີ່ບໍ່ຄົບຖ້ວນແລະຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຂອງການຊົດເຊີຍໄລຍະທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ parametric, ຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນທີ່ຄາດວ່າຈະແມ່ນ 20 fs.
ເລເຊີ XCELS ຈະໃຊ້ສອງໂມດູນເລເຊີແກ້ວ 8-channel UFL-2M neodymium double frequency (3 ໃນຮູບ 1), ຊຶ່ງໃນນັ້ນ 13 ຊ່ອງຈະຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສູບ Booster OPCPA ແລະ 12 OPCPA ສຸດທ້າຍ. ສາມຊ່ອງທີ່ຍັງເຫຼືອຈະຖືກນໍາໃຊ້ເປັນເອກະລາດ nanosecond kilojoule pulsedແຫຼ່ງເລເຊີສໍາລັບການທົດລອງອື່ນໆ. ຈໍາກັດໂດຍຂອບເຂດການທໍາລາຍ optical ຂອງໄປເຊຍກັນ DKDP, ຄວາມເຂັ້ມຂອງການ irradiation ຂອງກໍາມະຈອນ pumped ໄດ້ຖືກກໍານົດເປັນ 1.5 GW / cm2 ສໍາລັບແຕ່ລະຊ່ອງແລະໄລຍະເວລາແມ່ນ 3.5 ns.
ແຕ່ລະຊ່ອງຂອງເລເຊີ XCELS ຜະລິດກໍາມະຈອນເຕັ້ນດ້ວຍພະລັງງານ 50 PW. ຈໍານວນທັງຫມົດ 12 ຊ່ອງໃຫ້ກໍາລັງຜົນຜະລິດທັງຫມົດ 600 PW. ຢູ່ໃນຫ້ອງເປົ້າຫມາຍຕົ້ນຕໍ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງສຸດຂອງແຕ່ລະຊ່ອງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ເຫມາະສົມແມ່ນ 0.44 × 1025 W/cm2, ສົມມຸດວ່າອົງປະກອບຈຸດສຸມ F/1 ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການສຸມໃສ່. ຖ້າກໍາມະຈອນຂອງແຕ່ລະຊ່ອງຖືກບີບອັດຕື່ມອີກເປັນ 2.6 fs ໂດຍເຕັກນິກຫຼັງການບີບອັດ, ພະລັງງານກໍາມະຈອນຂອງຜົນຜະລິດທີ່ສອດຄ້ອງກັນຈະຖືກເພີ່ມເປັນ 230 PW, ເທົ່າກັບຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ 2.0×1025 W/cm2.
ເພື່ອບັນລຸຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຫຼາຍຂຶ້ນ, ຢູ່ທີ່ຜົນຜະລິດ 600 PW, ກໍາມະຈອນແສງສະຫວ່າງໃນ 12 ຊ່ອງຈະຖືກສຸມໃສ່ໃນເລຂາຄະນິດຂອງລັງສີ dipole inverse, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 2. ເມື່ອໄລຍະກໍາມະຈອນໃນແຕ່ລະຊ່ອງບໍ່ໄດ້ຖືກລັອກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງຈຸດສຸມສາມາດບັນລຸ 9 × 1025 W / cm2. ຖ້າແຕ່ລະໄລຍະກຳມະຈອນຖືກລັອກ ແລະ synchronized, ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຜົນທີ່ສອດຄ່ອງກັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 3.2×1026 W/cm2. ນອກເຫນືອໄປຈາກຫ້ອງເປົ້າຫມາຍຕົ້ນຕໍ, ໂຄງການ XCELS ປະກອບມີຫ້ອງທົດລອງຜູ້ໃຊ້ເຖິງ 10 ຫ້ອງ, ແຕ່ລະຄົນໄດ້ຮັບຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍ beams ສໍາລັບການທົດລອງ. ການນໍາໃຊ້ພາກສະຫນາມແສງສະຫວ່າງທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ສຸດນີ້, ໂຄງການ XCELS ວາງແຜນທີ່ຈະດໍາເນີນການທົດລອງໃນສີ່ປະເພດ: ຂະບວນການ electrodynamics quantum ໃນຂົງເຂດ laser ສຸມ; ການຜະລິດແລະການເລັ່ງຂອງອະນຸພາກ; ການຜະລິດລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຂັ້ນສອງ; ຫ້ອງທົດລອງ astrophysics, ຂະບວນການຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງແລະການຄົ້ນຄວ້າວິນິດໄສ.
ຮູບ. 2 ສຸມໃສ່ເລຂາຄະນິດຢູ່ໃນຫ້ອງເປົ້າຫມາຍຕົ້ນຕໍ. ເພື່ອຄວາມຊັດເຈນ, ກະຈົກ parabolic ຂອງ beam 6 ຖືກກໍານົດໃຫ້ໂປ່ງໃສ, ແລະ beams ຂາເຂົ້າແລະ output ສະແດງພຽງແຕ່ສອງຊ່ອງ 1 ແລະ 7.
ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການວາງພື້ນທີ່ຂອງແຕ່ລະພື້ນທີ່ທໍາງານຂອງລະບົບເລເຊີ XCELS ໃນອາຄານທົດລອງ. ໄຟຟ້າ, ປັ໊ມສູນຍາກາດ, ການບໍາບັດນ້ໍາ, ການເຮັດຄວາມສະອາດແລະເຄື່ອງປັບອາກາດແມ່ນຕັ້ງຢູ່ໃນຫ້ອງໃຕ້ດິນ. ເນື້ອທີ່ກໍ່ສ້າງທັງໝົດຫຼາຍກວ່າ 24,000 m2. ການຊົມໃຊ້ພະລັງງານທັງໝົດແມ່ນປະມານ 7.5 MW. ອາຄານທົດລອງປະກອບດ້ວຍກອບພາຍໃນລວມເປັນຮູແລະສ່ວນພາຍນອກ, ແຕ່ລະກໍ່ສ້າງຢູ່ໃນສອງພື້ນຖານ decoupled. ສູນຍາກາດແລະລະບົບກະຕຸ້ນການສັ່ນສະເທືອນອື່ນໆໄດ້ຖືກຕິດຕັ້ງຢູ່ໃນພື້ນຖານທີ່ແຍກການສັ່ນສະເທືອນ, ດັ່ງນັ້ນຄວາມກວ້າງຂອງສິ່ງລົບກວນທີ່ສົ່ງກັບລະບົບເລເຊີຜ່ານພື້ນຖານແລະການສະຫນັບສະຫນູນແມ່ນຫຼຸດລົງຫນ້ອຍກວ່າ 10-10 g2 / Hz ໃນລະດັບຄວາມຖີ່ຂອງ 1-200 Hz. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄືອຂ່າຍຂອງເຄື່ອງຫມາຍການອ້າງອິງ geodesic ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢູ່ໃນຫ້ອງ laser ເພື່ອຕິດຕາມກວດກາຢ່າງເປັນລະບົບພຽງການລອຍລົມຂອງຫນ້າດິນແລະອຸປະກອນ.
ໂຄງການ XCELS ມີຈຸດປະສົງເພື່ອສ້າງສະຖານທີ່ຄົ້ນຄ້ວາວິທະຍາສາດຂະຫນາດໃຫຍ່ໂດຍອີງໃສ່ lasers ພະລັງງານສູງສຸດທີ່ສູງທີ່ສຸດ. ຊ່ອງໜຶ່ງຂອງລະບົບເລເຊີ XCELS ອາດຈະໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມແສງທີ່ສຸມໃສ່ຫຼາຍຄັ້ງສູງກວ່າ 1024 W/cm2, ເຊິ່ງສາມາດເກີນ 1025 W/cm2 ດ້ວຍເທັກໂນໂລຍີຫຼັງການບີບອັດ. ໂດຍກຳມະຈອນທີ່ສຸມໃສ່ dipole ຈາກ 12 ຊ່ອງໃນລະບົບເລເຊີ, ຄວາມເຂັ້ມໃກ້ກັບ 1026 W/cm2 ສາມາດບັນລຸໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າບໍ່ມີການບີບອັດຫຼັງການບີບອັດ ແລະໄລຍະການລັອກ. ຖ້າການຊິງໂຄຣໄນໄລຍະລະຫວ່າງຊ່ອງຖືກລັອກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຈະສູງຂຶ້ນຫຼາຍເທົ່າ. ການນໍາໃຊ້ຄວາມເຂັ້ມຂອງກໍາມະຈອນທໍາລາຍສະຖິຕິເຫຼົ່ານີ້ແລະຮູບແບບ beam ຫຼາຍຊ່ອງ, ສະຖານທີ່ XCELS ໃນອະນາຄົດຈະສາມາດປະຕິບັດການທົດລອງທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງທີ່ສຸດ, ການແຜ່ກະຈາຍພາກສະຫນາມແສງສະຫວ່າງທີ່ຊັບຊ້ອນ, ແລະວິນິດໄສປະຕິສໍາພັນໂດຍໃຊ້ beams laser ຫຼາຍຊ່ອງແລະ radiation ຮອງ. ນີ້ຈະມີບົດບາດເປັນເອກະລັກໃນພາກສະຫນາມຂອງການທົດລອງຟີຊິກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ superເຂັ້ມແຂງ.
ເວລາປະກາດ: 26-03-2024