ເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້, ສະຖາບັນຟີຊິກປະຍຸກຂອງສະພາວິທະຍາສາດຣັດເຊຍໄດ້ນຳສະເໜີສູນ eXawatt ສຳລັບການສຶກສາແສງສະຫວ່າງທີ່ຮຸນແຮງ (XCELS), ເຊິ່ງເປັນໂຄງການຄົ້ນຄວ້າສຳລັບອຸປະກອນວິທະຍາສາດຂະໜາດໃຫຍ່ໂດຍອີງໃສ່ເລເຊີພະລັງງານສູງໂຄງການດັ່ງກ່າວປະກອບມີການກໍ່ສ້າງເລເຊີພະລັງງານສູງອີງໃສ່ເຕັກໂນໂລຊີການຂະຫຍາຍກຳມະຈອນແບບພາລາມິເຕີທາງແສງໃນຜລຶກໂພແທດຊຽມໄດດີຢູເຕີຣຽມຟອສເຟດ (DKDP, ສູດເຄມີ KD2PO4) ທີ່ມີຮູຮັບແສງຂະໜາດໃຫຍ່, ໂດຍມີຜົນຜະລິດທັງໝົດທີ່ຄາດວ່າຈະຢູ່ທີ່ 600 ກຳມະຈອນພະລັງງານສູງສຸດ PW. ວຽກງານນີ້ໃຫ້ລາຍລະອຽດທີ່ສຳຄັນ ແລະ ຜົນການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບໂຄງການ XCELS ແລະລະບົບເລເຊີຂອງມັນ, ໂດຍອະທິບາຍເຖິງການນຳໃຊ້ ແລະ ຜົນກະທົບທີ່ອາດເກີດຂຶ້ນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບປະຕິສຳພັນຂອງສະໜາມແສງທີ່ແຮງທີ່ສຸດ.
ໂຄງການ XCELS ໄດ້ຖືກສະເໜີໃນປີ 2011 ດ້ວຍເປົ້າໝາຍເບື້ອງຕົ້ນເພື່ອບັນລຸພະລັງງານສູງສຸດເລເຊີຜົນຜະລິດກຳມະຈອນ 200 PW, ເຊິ່ງປະຈຸບັນໄດ້ຍົກລະດັບເປັນ 600 PW. ມັນລະບົບເລເຊີອີງໃສ່ສາມເຕັກໂນໂລຢີຫຼັກ:
(1) ເທັກໂນໂລຢີ Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) ຖືກນຳໃຊ້ແທນເທັກໂນໂລຢີ Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) ແບບດັ້ງເດີມ;
(2) ການໃຊ້ DKDP ເປັນຕົວກາງຮັບສັນຍານ, ການຈັບຄູ່ໄລຍະຄວາມຖີ່ກວ້າງພິເສດຈະຖືກຮັບຮູ້ໃກ້ກັບຄວາມຍາວຄື້ນ 910 nm;
(3) ເລເຊີແກ້ວນີໂອດີມຽມທີ່ມີຮູຮັບແສງຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ມີພະລັງງານກຳມະຈອນຫຼາຍພັນຈູນຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອສູບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບພາລາມິເຕີ.
ການຈັບຄູ່ເຟສແບນກວ້າງພິເສດແມ່ນພົບເຫັນຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຫຼາຍຜລຶກ ແລະ ຖືກນໍາໃຊ້ໃນເລເຊີ femtosecond OPCPA. ຜລຶກ DKDP ຖືກນໍາໃຊ້ເພາະວ່າມັນເປັນວັດສະດຸດຽວທີ່ພົບໃນການປະຕິບັດທີ່ສາມາດເຕີບໂຕໄດ້ເຖິງຫຼາຍສິບຊັງຕີແມັດຂອງຮູຮັບແສງ ແລະ ໃນເວລາດຽວກັນມີຄຸນນະພາບທາງແສງທີ່ຍອມຮັບໄດ້ເພື່ອສະຫນັບສະຫນູນການຂະຫຍາຍພະລັງງານຫຼາຍ PW.ເລເຊີ. ພົບວ່າເມື່ອຜລຶກ DKDP ຖືກສູບໂດຍແສງຄວາມຖີ່ສອງເທົ່າຂອງເລເຊີແກ້ວ ND, ຖ້າຄວາມຍາວຄື່ນຂອງພາຫະນະຂອງກຳມະຈອນທີ່ຖືກຂະຫຍາຍແມ່ນ 910 nm, ສາມເທີມທຳອິດຂອງການຂະຫຍາຍ Taylor ຂອງເວັກເຕີຄື້ນທີ່ບໍ່ກົງກັນແມ່ນ 0.
ຮູບທີ 1 ເປັນຮູບແບບແຜນວາດຂອງລະບົບເລເຊີ XCELS. ສ່ວນໜ້າສ້າງກຳມະຈອນ femtosecond ທີ່ມີຄື້ນກາງ 910 nm (1.3 ໃນຮູບທີ 1) ແລະ ກຳມະຈອນ nanosecond 1054 nm ທີ່ຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນເລເຊີທີ່ສູບດ້ວຍ OPCPA (1.1 ແລະ 1.2 ໃນຮູບທີ 1). ສ່ວນໜ້າຍັງຮັບປະກັນການປະສານກັນຂອງກຳມະຈອນເຫຼົ່ານີ້ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບພະລັງງານ ແລະ ພາລາມິເຕີທາງພື້ນທີ່ ແລະ ເວລາທີ່ຕ້ອງການ. OPCPA ລະດັບກາງທີ່ເຮັດວຽກດ້ວຍອັດຕາການຊ້ຳທີ່ສູງກວ່າ (1 Hz) ຈະຂະຫຍາຍກຳມະຈອນທີ່ມີກຳມະຈອນເປັນຫຼາຍສິບຈູນ (2 ໃນຮູບທີ 1). ກຳມະຈອນຈະຖືກຂະຫຍາຍຕື່ມອີກໂດຍ Booster OPCPA ໃຫ້ເປັນລຳແສງກິໂລຈູນດຽວ ແລະ ແບ່ງອອກເປັນລຳແສງຍ່ອຍທີ່ຄືກັນ 12 ລຳ (4 ໃນຮູບທີ 1). ໃນ 12 OPCPA ສຸດທ້າຍ, ກຳມະຈອນແສງທີ່ມີກຳມະຈອນ 12 ລຳແຕ່ລະລຳຈະຖືກຂະຫຍາຍເຖິງລະດັບກິໂລຈູນ (5 ໃນຮູບທີ 1) ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກບີບອັດດ້ວຍຕາຂ່າຍບີບອັດ 12 ເສັ້ນ (GC ຂອງ 6 ໃນຮູບທີ 1). ຕົວກອງການກະຈາຍສຽງທີ່ສາມາດຕັ້ງໂປຣແກຣມໄດ້ແມ່ນໃຊ້ຢູ່ດ້ານໜ້າເພື່ອຄວບຄຸມການກະຈາຍຄວາມໄວຂອງກຸ່ມ ແລະ ການກະຈາຍລຳດັບສູງຢ່າງແນ່ນອນ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມກວ້າງຂອງກຳມະຈອນທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້. ສະເປກຕຣຳກຳມະຈອນມີຮູບຮ່າງເກືອບເປັນ supergauss ລຳດັບທີ 12, ແລະ ແບນວິດສະເປກຕຣຳທີ່ 1% ຂອງຄ່າສູງສຸດແມ່ນ 150 nm, ເຊິ່ງສອດຄ້ອງກັບຄວາມກວ້າງຂອງກຳມະຈອນຂີດຈຳກັດການຫັນປ່ຽນ Fourier ທີ່ 17 fs. ໂດຍພິຈາລະນາເຖິງການຊົດເຊີຍການກະຈາຍທີ່ບໍ່ຄົບຖ້ວນ ແລະ ຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຂອງການຊົດເຊີຍເຟສທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງພາລາມິເຕີ, ຄວາມກວ້າງຂອງກຳມະຈອນທີ່ຄາດໄວ້ແມ່ນ 20 fs.
ເລເຊີ XCELS ຈະໃຊ້ໂມດູນຄວາມຖີ່ເລເຊີແກ້ວ neodymium UFL-2M 8 ຊ່ອງທາງສອງໂມດູນ (3 ໃນຮູບທີ 1), ເຊິ່ງໃນນັ້ນ 13 ຊ່ອງທາງຈະຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສູບ Booster OPCPA ແລະ 12 OPCPA ສຸດທ້າຍ. ສາມຊ່ອງທາງທີ່ເຫຼືອຈະຖືກນໍາໃຊ້ເປັນກິໂລຈູນທີ່ເປັນອິດສະຫຼະໃນລະດັບນາໂນວິນາທີ.ແຫຼ່ງເລເຊີສຳລັບການທົດລອງອື່ນໆ. ຖືກຈຳກັດໂດຍຂອບເຂດການແຕກແຍກທາງແສງຂອງຜລຶກ DKDP, ຄວາມເຂັ້ມຂອງການສ່ອງແສງຂອງກຳມະຈອນທີ່ຖືກສູບຖືກຕັ້ງໄວ້ທີ່ 1.5 GW/cm2 ສຳລັບແຕ່ລະຊ່ອງທາງ ແລະ ໄລຍະເວລາແມ່ນ 3.5 ns.
ແຕ່ລະຊ່ອງທາງຂອງເລເຊີ XCELS ຜະລິດກຳມະຈອນທີ່ມີພະລັງງານ 50 PW. ທັງໝົດ 12 ຊ່ອງທາງໃຫ້ພະລັງງານຜົນຜະລິດທັງໝົດ 600 PW. ໃນຫ້ອງເປົ້າໝາຍຫຼັກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງການໂຟກັດສູງສຸດຂອງແຕ່ລະຊ່ອງທາງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ເໝາະສົມແມ່ນ 0.44 × 1025 W/cm2, ໂດຍສົມມຸດວ່າອົງປະກອບໂຟກັດ F/1 ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການໂຟກັດ. ຖ້າກຳມະຈອນຂອງແຕ່ລະຊ່ອງທາງຖືກບີບອັດຕື່ມອີກເປັນ 2.6 fs ໂດຍເຕັກນິກການບີບອັດຫຼັງການບີບອັດ, ພະລັງງານກຳມະຈອນຜົນຜະລິດທີ່ສອດຄ້ອງກັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 230 PW, ເຊິ່ງສອດຄ້ອງກັບຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ 2.0 × 1025 W/cm2.
ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ສູງຂຶ້ນ, ທີ່ຜົນຜະລິດ 600 PW, ກຳມະຈອນແສງໃນ 12 ຊ່ອງຈະຖືກສຸມໃສ່ໃນຮູບຮ່າງຂອງລັງສີໄດໂພລແບບປີ້ນກັບ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2. ເມື່ອໄລຍະກຳມະຈອນໃນແຕ່ລະຊ່ອງບໍ່ໄດ້ຖືກລັອກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງຈຸດສຸມສາມາດບັນລຸ 9 × 1025 W / cm2. ຖ້າແຕ່ລະໄລຍະກຳມະຈອນຖືກລັອກ ແລະ ປະສານກັນ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ສອດຄ່ອງກັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 3.2 × 1026 W / cm2. ນອກເໜືອໄປຈາກຫ້ອງເປົ້າໝາຍຫຼັກ, ໂຄງການ XCELS ປະກອບມີຫ້ອງທົດລອງຜູ້ໃຊ້ສູງສຸດ 10 ແຫ່ງ, ແຕ່ລະແຫ່ງໄດ້ຮັບລັງສີໜຶ່ງຫຼືຫຼາຍລຳສຳລັບການທົດລອງ. ໂດຍການໃຊ້ສະໜາມແສງທີ່ແຂງແຮງທີ່ສຸດນີ້, ໂຄງການ XCELS ວາງແຜນທີ່ຈະດຳເນີນການທົດລອງໃນສີ່ປະເພດຄື: ຂະບວນການໄຟຟ້າໄດນາມິກຄວອນຕຳໃນສະໜາມເລເຊີທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນ; ການຜະລິດ ແລະ ການເລັ່ງຂອງອະນຸພາກ; ການສ້າງລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຂັ້ນສອງ; ຟີຊິກດາລາສາດໃນຫ້ອງທົດລອງ, ຂະບວນການຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງ ແລະ ການຄົ້ນຄວ້າວິນິດໄສ.
ຮູບທີ 2 ຮູບຊົງເລຂາຄະນິດທີ່ໂຟກັສຢູ່ໃນຫ້ອງເປົ້າໝາຍຫຼັກ. ເພື່ອຄວາມຊັດເຈນ, ກະຈົກຮູບພາຣາໂບລິກຂອງລຳແສງ 6 ຖືກຕັ້ງໃຫ້ເປັນໂປ່ງໃສ, ແລະລຳແສງເຂົ້າ ແລະ ລຳແສງອອກສະແດງໃຫ້ເຫັນພຽງແຕ່ສອງຊ່ອງທາງຄື 1 ແລະ 7 ເທົ່ານັ້ນ.
ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບແບບພື້ນທີ່ຂອງແຕ່ລະພື້ນທີ່ເຮັດວຽກຂອງລະບົບເລເຊີ XCELS ໃນອາຄານທົດລອງ. ໄຟຟ້າ, ປໍ້າສູນຍາກາດ, ການບຳບັດນໍ້າ, ການເຮັດໃຫ້ບໍລິສຸດ ແລະ ເຄື່ອງປັບອາກາດຕັ້ງຢູ່ໃນຊັ້ນໃຕ້ດິນ. ພື້ນທີ່ກໍ່ສ້າງທັງໝົດແມ່ນຫຼາຍກວ່າ 24,000 ຕາແມັດ. ການໃຊ້ພະລັງງານທັງໝົດແມ່ນປະມານ 7.5 ເມກາວັດ. ອາຄານທົດລອງປະກອບດ້ວຍໂຄງຮ່າງພາຍໃນທີ່ເປັນຮູບກົ່ງ ແລະ ສ່ວນພາຍນອກ, ແຕ່ລະອັນສ້າງຂຶ້ນເທິງສອງພື້ນຖານທີ່ແຍກອອກຈາກກັນ. ລະບົບສູນຍາກາດ ແລະ ລະບົບກະຕຸ້ນການສັ່ນສະເທືອນອື່ນໆແມ່ນຕິດຕັ້ງຢູ່ເທິງພື້ນຖານທີ່ແຍກການສັ່ນສະເທືອນ, ດັ່ງນັ້ນຄວາມກວ້າງຂອງການລົບກວນທີ່ສົ່ງໄປຫາລະບົບເລເຊີຜ່ານພື້ນຖານ ແລະ ການສະຫນັບສະຫນູນຈຶ່ງຫຼຸດລົງເຫຼືອໜ້ອຍກວ່າ 10-10 g2/Hz ໃນຊ່ວງຄວາມຖີ່ 1-200 Hz. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄືອຂ່າຍຂອງເຄື່ອງໝາຍອ້າງອີງ geodesic ໄດ້ຖືກຕິດຕັ້ງຢູ່ໃນຫ້ອງໂຖງເລເຊີເພື່ອຕິດຕາມກວດກາການເລື່ອນຂອງພື້ນດິນ ແລະ ອຸປະກອນຢ່າງເປັນລະບົບ.
ໂຄງການ XCELS ມີຈຸດປະສົງເພື່ອສ້າງສະຖານທີ່ຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດຂະໜາດໃຫຍ່ໂດຍອີງໃສ່ເລເຊີພະລັງງານສູງສຸດສູງຫຼາຍ. ລະບົບເລເຊີ XCELS ຊ່ອງໜຶ່ງອາດຈະໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ໂຟກັສສູງກວ່າ 1024 W/cm2 ຫຼາຍເທົ່າ, ເຊິ່ງສາມາດເກີນ 1025 W/cm2 ໄດ້ອີກດ້ວຍເທັກໂນໂລຢີຫຼັງການບີບອັດ. ໂດຍກຳມະຈອນໂຟກັສໄດໂພລຈາກ 12 ຊ່ອງໃນລະບົບເລເຊີ, ຄວາມເຂັ້ມໃກ້ກັບ 1026 W/cm2 ສາມາດບັນລຸໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າບໍ່ມີການບີບອັດຫຼັງການບີບອັດ ແລະ ການລັອກເຟສ. ຖ້າການປະສານເຟສລະຫວ່າງຊ່ອງຖືກລັອກ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຈະສູງຂຶ້ນຫຼາຍເທົ່າ. ໂດຍການນຳໃຊ້ຄວາມເຂັ້ມຂອງກຳມະຈອນທີ່ທຳລາຍສະຖິຕິເຫຼົ່ານີ້ ແລະ ຮູບແບບລຳແສງຫຼາຍຊ່ອງ, ສະຖານທີ່ XCELS ໃນອະນາຄົດຈະສາມາດປະຕິບັດການທົດລອງທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມສູງຫຼາຍ, ການແຈກຢາຍສະໜາມແສງທີ່ສັບສົນ, ແລະ ວິນິດໄສການພົວພັນໂດຍໃຊ້ລຳແສງເລເຊີຫຼາຍຊ່ອງ ແລະ ລັງສີທຸຕິຍະພູມ. ສິ່ງນີ້ຈະມີບົດບາດພິເສດໃນຂົງເຂດຟີຊິກທົດລອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າທີ່ແຮງທີ່ສຸດ.
ເວລາໂພສ: ມີນາ-26-2024