Le déanaí, thug Institiúid na Fisice Feidhmí Acadamh Eolaíochtaí na Rúise isteach an Lárionad eXawatt um Staidéar Solais Foircní (XCELS), clár taighde le haghaidh feistí eolaíocha móra atá bunaithe ar thar a bheithléasair ardchumhachta. Áirítear ar an tionscadal a thógáil an-léasair ardchumhachtabunaithe ar theicneolaíocht aimplithe cuisle paraiméadrach optúil i gcriostail fosfáit didéitéariam potaisiam mór-chró (DKDP, foirmle ceimiceach KD2PO4), le haschur iomlán ionchais de 600 bíoga cumhachta buaic PW. Soláthraíonn an obair seo sonraí tábhachtacha agus torthaí taighde faoi thionscadal XCELS agus a chórais léasair, ag cur síos ar fheidhmchláir agus ar thionchair fhéideartha a bhaineann le hidirghníomhaíochtaí réimse solais ultra-láidir.
Moladh clár XCELS in 2011 agus é mar sprioc tosaigh buaicchumhacht a bhaint amachléasairaschur cuisle de 200 PW, atá uasghrádaithe faoi láthair go 600 PW. Acóras léasairag brath ar thrí phríomhtheicneolaíocht:
(1) Úsáidtear teicneolaíocht Aimpliú Pulse Chirped Paraiméadrach Optúil (OPCPA) in ionad Aimpliú Pulse Chirped traidisiúnta (Amplification Pulse Chirped, OPCPA). CPA) teicneolaíocht;
(2) Ag baint úsáide as DKDP mar mheán gnóthachain, déantar meaitseáil chéim ultra leathanbhanda a bhaint amach gar do thonnfhad 910 nm;
(3) Úsáidtear léasair gloine neodimiam Cró mór le fuinneamh buille de na mílte giúil chun aimplitheoir paraiméadrach a chaidéil.
Tá meaitseáil chéim ultra-leathanbhanda le fáil go forleathan i go leor criostail agus úsáidtear é i léasair femtosecond OPCPA. Úsáidtear criostail DKDP toisc gurb iad an t-aon ábhar a fhaightear go praiticiúil ar féidir iad a fhás go dtí na mílte ceintiméadar cró agus ag an am céanna tá cáilíochtaí optúla inghlactha acu chun tacú le aimpliú cumhachta il-PWléasair. Faightear amach nuair a bhíonn an criostail DKDP á phumpáil ag solas minicíochta dúbailte an léasair gloine ND, más é 910 nm tonnfhad iompróra an chuisle aimplithe, is é 0 an chéad trí théarma de leathnú Taylor ar an neamhréir veicteoir tonn.
Is leagan amach scéimreach é Fíor 1 de chóras léasair XCELS. Ghin an foirceann tosaigh bíoga femtosecond chirped le tonnfhad lárnach de 910 nm (1.3 i bhFíor 1) agus bíoga nanosecond 1054 nm a instealladh isteach sa léasair pumpáilte OPCPA (1.1 agus 1.2 i bhFíor 1). Cinntíonn an deireadh tosaigh freisin sioncrónú na bíoga seo chomh maith leis na paraiméadair fuinnimh agus spásúlachta riachtanacha. Méadaíonn OPCPA idirmheánach a fheidhmíonn ag ráta athrá níos airde (1 Hz) an chuisle chirped go dtí na mílte giúl (2 i bhFíor 1). Déantar an chuisle a aimpliú tuilleadh ag an OPCPA teanndáileog isteach i léas kilojoule amháin agus roinnte ina 12 fho-léas comhionann (4 i bhFíor 1). Sa 12 OPCPA deiridh, déantar gach ceann de na 12 bíoga solais chirped a aimpliú go dtí an leibhéal kilojoule (5 i bhFíor 1) agus ansin comhbhrúite ag 12 grádán comhbhrú (GC de 6 i bhFíor 1). Úsáidtear an scagaire scaipthe ríomhchláraithe acousto-optic sa cheann tosaigh chun scaipeadh treoluas grúpa agus scaipeadh ard-ord a rialú go beacht, ionas go bhfaighidh sé an leithead cuisle is lú is féidir. Tá cruth supergauss beagnach 12ú-ordú ag an speictream bíge, agus is é an bandaleithead speictreach ag 1% den luach uasta ná 150 nm, a fhreagraíonn do leithead cuisle teorann claochlaithe Fourier de 17 fs. Ag cur san áireamh an cúiteamh scaipthe neamhiomlán agus an deacracht a bhaineann le cúiteamh céim neamhlíneach in aimplitheoirí paraiméadracha, is é 20 fs an leithead bíge ionchais.
Fostóidh an léasair XCELS dhá mhodúl dúbailt minicíochta léasair neodimiam gloine UFL-2M 8-chainéil (3 i bhFíor 1), as a n-úsáidfear 13 cainéal chun an teanndáileog OPCPA agus 12 OPCPA deiridh a phumpáil. Úsáidfear na trí chainéal eile mar nanosecond kilojoule neamhspleách pulsedfoinsí léasairle haghaidh turgnaimh eile. Faoi theorainn thairseach miondealaithe optúil na gcriostal DKDP, socraítear déine ionradaíochta na bíge pumpáilte go 1.5 GW/cm2 do gach cainéal agus is é 3.5 ns an fad.
Táirgeann gach cainéal den léasair XCELS bíoga le cumhacht 50 PW. Soláthraíonn iomlán de 12 cainéal cumhacht aschuir iomlán de 600 PW. Sa phríomhsheomra sprice, is é 0.44 × 1025 W/cm2 uasdéine fócasaithe gach cainéal faoi choinníollacha idéalach, ag glacadh leis go n-úsáidtear eilimintí fócasaithe F/1 chun díriú. Má dhéantar cuisle gach cainéal a chomhbhrú tuilleadh go 2.6 fs trí theicníc iar-chomhbhrú, déanfar an chumhacht cuisle aschuir chomhfhreagrach a mhéadú go 230 PW, a fhreagraíonn don déine solais 2.0 × 1025 W/cm2.
Chun déine solais níos mó a bhaint amach, ag aschur 600 PW, beidh na bíoga solais sna 12 chainéal dírithe ar chéimseata na radaíochta dipole inbhéartach, mar a thaispeántar i bhFíor 2. Nuair nach bhfuil an chéim cuisle i ngach cainéal faoi ghlas, is féidir leis an déine fócas. a bhaint amach 9×1025 W/cm2. Má dhéantar gach céim bíge a ghlasáil agus a shioncronú, méadófar an déine solais comhleanúnach dá bharr go 3.2 × 1026 W/cm2. Chomh maith leis an bpríomhseomra sprice, cuimsíonn tionscadal XCELS suas le 10 saotharlann úsáideora, gach ceann ag fáil bíomaí amháin nó níos mó le haghaidh turgnaimh. Ag baint úsáide as an réimse solais thar a bheith láidir seo, tá sé beartaithe ag tionscadal XCELS turgnaimh a dhéanamh i gceithre chatagóir: próisis leictreadinimic chandamach i réimsí léasair dian; Táirgeadh agus luasghéarú cáithníní; Giniúint radaíochta leictreamaighnéadach tánaisteach; Réaltfhisic Saotharlainne, próisis ard-dlúis fuinnimh agus taighde diagnóiseach.
FIG. 2 Céimseata fócasaithe sa phríomhsheomra sprice. Ar mhaithe le soiléireacht, tá an scáthán parabolach de bhíoma 6 socraithe go trédhearcach, agus ní léiríonn na bíomaí ionchuir agus aschuir ach dhá chainéal 1 agus 7
Taispeánann Figiúr 3 leagan amach spásúil gach réimse feidhme de chóras léasair XCELS san fhoirgneamh turgnamhach. Tá leictreachas, caidéal folúis, cóireáil uisce, íonú agus aerchóirithe suite san íoslach. Tá an limistéar tógála iomlán níos mó ná 24,000 m2. Is é an tomhaltas cumhachta iomlán thart ar 7.5 MW. Is éard atá san fhoirgneamh turgnamhach fráma iomlán log inmheánach agus cuid seachtrach, gach ceann díobh tógtha ar dhá bhunsraith díchúpláilte. Tá an fholús agus córais eile a chothaíonn creathadh suiteáilte ar an bhfondúireacht atá scoite ó chreathadh, ionas go laghdaítear aimplitiúid an suaitheadh a tharchuirtear chuig an gcóras léasair tríd an bhfondúireacht agus an tacaíocht go dtí níos lú ná 10-10 g2/Hz sa raon minicíochta de. 1-200 Hz. Ina theannta sin, bunaítear líonra de mharcóirí tagartha geodasacha sa halla léasair chun monatóireacht chórasach a dhéanamh ar shreabhadh na talún agus an trealaimh.
Tá sé mar aidhm ag tionscadal XCELS saoráid taighde eolaíoch mhór a chruthú bunaithe ar léasair buaicchumhachta atá thar a bheith ard. Féadfaidh cainéal amháin de chóras léasair XCELS déine solais dírithe a sholáthar arís agus arís eile níos airde ná 1024 W/cm2, ar féidir 1025 W/cm2 a shárú tuilleadh le teicneolaíocht iar-chomhbhrú. Trí bíoga dépholach ó 12 chainéal sa chóras léasair, is féidir déine gar do 1026 W/cm2 a bhaint amach fiú gan iar-chomhbhrú agus glasáil chéim. Má tá an sioncrónaithe céim idir bealaí faoi ghlas, beidh an déine solais arís agus arís eile níos airde. Ag baint úsáide as na déineanna cuisle sáraitheacha seo agus an leagan amach bhíoma ilchainéil, beidh saoráid XCELS sa todhchaí in ann turgnaimh a dhéanamh le déine ard-déine, dáiltí réimse solais casta, agus idirghníomhaíochtaí a dhiagnóiseadh ag baint úsáide as léasacha léasair ilchainéil agus radaíocht thánaisteach. Beidh ról uathúil aige seo i réimse na fisice turgnamhaí réimse leictreamaighnéadach super-láidir.
Am poist: Mar-26-2024