最近、ロシア科学アカデミーの応用物理学研究所は、極端に基づいた大規模な科学装置の研究プログラムであるExawatt Center for Extreme Light Study（XCELS）を導入しました。高出力レーザー。このプロジェクトには、非常に建設が含まれています高出力レーザー大規模な開口カリウムリン酸カリウム（DKDP、化学式KD2PO4）結晶の光パラメトリックチャープパルス増幅技術に基づいており、予想される合計出力は600 pwピークパワーパルスでした。この作業は、XCELSプロジェクトとそのレーザーシステムに関する重要な詳細と調査結果を提供し、非常に強力な光場の相互作用に関連するアプリケーションと潜在的な影響を説明しています。
XCELSプログラムは2011年に提案され、ピークパワーを達成するという最初の目標レーザ200 pwのパルス出力は現在600 pwにアップグレードされています。そのレーザーシステム3つの重要なテクノロジーに依存しています。
（1）従来のチャープパルス増幅（Chirped Pulse Amplification、OPCPA）の代わりに、光パラメトリックチャープパルス増幅（OPCPA）技術が使用されています。 CPA）テクノロジー;
（2）DKDPをゲイン媒体として使用すると、910 nmの波長の近くで超ワイドワイドバンド相一致が実現されます。
（3）数千のジュールのパルスエネルギーを備えた大きな開口ネオジムガラスレーザーを使用して、パラメトリックアンプをポンピングします。
ウルトラワイドバンド相一致は、多くの結晶で広く見られ、OPCPAフェムト秒レーザーで使用されています。 DKDP結晶は、数十センチメートルの開口部に成長できる唯一の材料であり、同時にマルチPWパワーの増幅をサポートするための許容光学品質を持っているため、使用されます。レーザー。 DKDPクリスタルがNDガラスレーザーの二重周波数光によって汲み上げられると、増幅されたパルスのキャリア波長が910 nmの場合、波動ベクトルのミスマッチのテイラー膨張の最初の3つの項は0であることがわかります。
図1は、Xcelsレーザーシステムの概略図です。フロントエンドは、中央波長910 nm（図1で1.3）および1054 nmナノ秒パルスをOPCPAポンプレーザーに注入した1054 nmナノ秒パルス（図1の1.1および1.2）で生成されました。また、フロントエンドは、これらのパルスの同期と、必要なエネルギーと空間的パラメーターを保証します。より高い繰り返し速度（1 Hz）で動作する中間OPCPAは、チャープパルスを数十のジュールに増幅します（図1の2）。パルスはさらにブースターOPCPAによって単一のキロジュールビームに増幅され、12の同一のサブビームに分割されます（図1の4）。最後の12 OPCPAでは、12個のチャープパルスのそれぞれがキロジュールレベルに増幅され（図1の5）、12個の圧縮格付け（図1の6個のGC）によって圧縮されます。音響光学的プログラマブル分散フィルターは、前端に使用され、可能な限り小さなパルス幅を得るために、正確にコントロールグループ速度分散と高次分散液を使用します。パルススペクトルの形状はほぼ12次スーパーガウスであり、最大値の1％のスペクトル帯域幅は150 nmで、フーリエ変換制限パルス幅17 fsに対応しています。不完全な分散補償とパラメトリックアンプの非線形相補償の難しさを考慮すると、予想されるパルス幅は20 fsです。
XCELSレーザーは、2つの8チャンネルUFL-2Mネオジムガラスレーザー周波数倍数モジュール（図1の3）を採用し、そのうち13チャネルを使用してブースターOPCPAと12の最終OPCPAをポンプで汲み上げます。残りの3つのチャネルは、独立したナノ秒キロジュールパルスとして使用されますレーザーソース他の実験用。 DKDP結晶の光学分解閾値によって制限されているため、ポンプパルスの照射強度は各チャネルで1.5 GW/CM2に設定され、期間は3.5 nsです。
Xcelsレーザーの各チャネルは、50 pwの出力でパルスを生成します。合計12チャネルは、600 pwの合計出力電力を提供します。メインのターゲットチャンバーでは、理想的な条件下での各チャネルの最大焦点強度は、F/1の焦点要素が焦点を合わせて使用されると仮定して、0.44×1025 w/cm2です。各チャネルのパルスが圧縮後の技術によってさらに2.6 fsに圧縮されると、対応する出力パルス電力は230 PWに増加し、2.0×1025 w/cm2の光強度に対応します。
600 pw出力でより大きな光強度を達成するために、図2に示すように、12チャネルの光パルスは逆双極子放射の形状に焦点を合わせます。各チャネルのパルス相がロックされていない場合、焦点強度は9×1025 w/cm2に達することがあります。各パルス位相がロックされ、同期されている場合、コヒーレントの結果の光強度は3.2×1026 w/cm2に増加します。メインのターゲットルームに加えて、XCELSプロジェクトには最大10個のユーザーラボが含まれており、それぞれが実験用に1つ以上のビームを受け取ります。 XCELSプロジェクトは、この非常に強力な光場を使用して、4つのカテゴリで実験を実行する予定です。粒子の生産と加速;二次電磁放射の生成;実験室の天体物理学、高エネルギー密度プロセス、診断研究。
イチジク。 2メインターゲットチャンバーの焦点ジオメトリ。明確にするために、ビーム6の放物線鏡は透明に設定され、入力と出力ビームは2つのチャネル1と7のみを示します。
図3は、実験ビルディングのXCELSレーザーシステムの各機能領域の空間レイアウトを示しています。電気、真空ポンプ、水処理、浄化、エアコンは地下にあります。総建設エリアは24,000 m2を超えています。総消費電力は約7.5 mWです。実験ビルは、内部中空の全体的なフレームと外部セクションで構成されており、それぞれが2つのデカップされた基礎の上に構築されています。真空およびその他の振動誘導システムは、振動分離の基礎に設置されているため、基礎を介してレーザーシステムに送信される外乱の振幅は、1〜200 Hzの周波数範囲で10〜10 G2/Hz未満に減少します。さらに、地面と機器のドリフトを体系的に監視するために、レーザーホールに測地線の参照マーカーのネットワークが設定されています。
XCELSプロジェクトは、非常に高いピークパワーレーザーに基づいて、大規模な科学研究施設を作成することを目的としています。 XCELSレーザーシステムの1つのチャネルは、1024 w/cm2を超える数倍の集中光強度を提供する場合があり、圧縮後技術で1025 W/cm2でさらに超えることができます。レーザーシステムの12チャネルからの双極子を焦点を合わせたパルスにより、圧縮後および位相ロックがなくても、1026 w/cm2に近い強度を実現できます。チャネル間の位相同期がロックされている場合、光強度は数倍高くなります。これらの記録破りのパルス強度とマルチチャネルビームレイアウトを使用して、将来のXCELS施設は、非常に高い強度、複雑な光場分布で実験を行い、マルチチャネルレーザービームと二次放射を使用して相互作用を診断できます。これは、超強力な電磁場実験物理学の分野でユニークな役割を果たします。
投稿時間：Mar-26-2024