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 pulsedແຫຼ່ງ laserສໍາລັບການທົດລອງອື່ນໆ. 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.
ເພື່ອບັນລຸຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຫຼາຍກວ່າເກົ່າ, ຢູ່ທີ່ຜົນຜະລິດ 600 PW, ກໍາມະຈອນແສງສະຫວ່າງໃນ 12 ຊ່ອງຈະຖືກສຸມໃສ່ເລຂາຄະນິດຂອງ radiation dipole inverse, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 2. ເມື່ອໄລຍະກໍາມະຈອນໃນແຕ່ລະຊ່ອງບໍ່ໄດ້ຖືກລັອກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງຈຸດສຸມສາມາດ. ຮອດ 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. ສູນຍາກາດແລະລະບົບກະຕຸ້ນການສັ່ນສະເທືອນອື່ນໆໄດ້ຖືກຕິດຕັ້ງຢູ່ໃນພື້ນຖານທີ່ໂດດດ່ຽວການສັ່ນສະເທືອນ, 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