हाल ही में, रूसी विज्ञान अकादमी के एप्लाइड फिजिक्स संस्थान ने एक्सवाट सेंटर फॉर एक्सट्रीम लाइट स्टडी (एक्ससीईएलएस) की शुरुआत की, जो अत्यंत पर आधारित बड़े वैज्ञानिक उपकरणों के लिए एक शोध कार्यक्रम है।उच्च शक्ति लेजर. इस परियोजना में एक बहुत का निर्माण शामिल हैउच्च शक्ति लेजरबड़े एपर्चर पोटेशियम डाइड्यूटेरियम फॉस्फेट (डीकेडीपी, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टल में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन तकनीक पर आधारित, 600 पीडब्लू पीक पावर पल्स के अपेक्षित कुल आउटपुट के साथ। यह कार्य एक्ससीईएलएस परियोजना और इसके लेजर सिस्टम के बारे में महत्वपूर्ण विवरण और शोध निष्कर्ष प्रदान करता है, जिसमें अल्ट्रा-मजबूत प्रकाश क्षेत्र इंटरैक्शन से संबंधित अनुप्रयोगों और संभावित प्रभावों का वर्णन किया गया है।
एक्ससीईएलएस कार्यक्रम 2011 में चरम शक्ति प्राप्त करने के प्रारंभिक लक्ष्य के साथ प्रस्तावित किया गया थालेज़र200 पीडब्लू का पल्स आउटपुट, जिसे वर्तमान में 600 पीडब्लू तक अपग्रेड किया गया है। इसकालेजर प्रणालीतीन प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर निर्भर करता है:
(1) पारंपरिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन, ओपीसीपीए) के स्थान पर ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (ओपीसीपीए) तकनीक का उपयोग किया जाता है। सीपीए) प्रौद्योगिकी;
(2) डीकेडीपी को लाभ माध्यम के रूप में उपयोग करते हुए, 910 एनएम तरंग दैर्ध्य के पास अल्ट्रा वाइडबैंड चरण मिलान का एहसास होता है;
(3) एक पैरामीट्रिक एम्पलीफायर को पंप करने के लिए हजारों जूल की पल्स ऊर्जा के साथ एक बड़े एपर्चर नियोडिमियम ग्लास लेजर का उपयोग किया जाता है।
अल्ट्रा-वाइडबैंड चरण मिलान व्यापक रूप से कई क्रिस्टल में पाया जाता है और इसका उपयोग ओपीसीपीए फेमटोसेकंड लेजर में किया जाता है। डीकेडीपी क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है क्योंकि वे अभ्यास में पाए जाने वाली एकमात्र सामग्री हैं जिसे दसियों सेंटीमीटर एपर्चर तक उगाया जा सकता है और साथ ही इसमें मल्टी-पीडब्लू पावर के प्रवर्धन का समर्थन करने के लिए स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण होते हैं।पराबैंगनीकिरण. यह पाया गया है कि जब डीकेडीपी क्रिस्टल को एनडी ग्लास लेजर की दोहरी आवृत्ति प्रकाश द्वारा पंप किया जाता है, यदि प्रवर्धित पल्स की वाहक तरंग दैर्ध्य 910 एनएम है, तो तरंग वेक्टर बेमेल के टेलर विस्तार के पहले तीन पद 0 हैं।
चित्र 1 XCELS लेजर प्रणाली का एक योजनाबद्ध लेआउट है। सामने के सिरे ने 910 एनएम (चित्रा 1 में 1.3) की केंद्रीय तरंग दैर्ध्य के साथ चहचहाती फेमटोसेकंड दालों को उत्पन्न किया और 1054 एनएम नैनोसेकंड दालों को ओपीसीपीए पंप लेजर (चित्रा 1 में 1.1 और 1.2) में इंजेक्ट किया गया। सामने का सिरा इन दालों के साथ-साथ आवश्यक ऊर्जा और स्पेटियोटेम्पोरल मापदंडों के सिंक्रनाइज़ेशन को भी सुनिश्चित करता है। उच्च पुनरावृत्ति दर (1 हर्ट्ज) पर काम करने वाला एक मध्यवर्ती ओपीसीपीए चहकती नाड़ी को दसियों जूल (चित्र 1 में 2) तक बढ़ा देता है। पल्स को बूस्टर ओपीसीपीए द्वारा एक किलोजूल बीम में बढ़ाया जाता है और 12 समान उप-बीम (चित्रा 1 में 4) में विभाजित किया जाता है। अंतिम 12 ओपीसीपीए में, 12 चहचहाती प्रकाश दालों में से प्रत्येक को किलोजूल स्तर (चित्र 1 में 5) तक बढ़ाया जाता है और फिर 12 संपीड़न झंझरी (चित्रा 1 में 6 का जीसी) द्वारा संपीड़ित किया जाता है। समूह वेग फैलाव और उच्च क्रम फैलाव को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए ध्वनि-ऑप्टिक प्रोग्रामयोग्य फैलाव फ़िल्टर का उपयोग सामने के अंत में किया जाता है, ताकि सबसे छोटी संभव पल्स चौड़ाई प्राप्त की जा सके। पल्स स्पेक्ट्रम का आकार लगभग 12वें क्रम के सुपरगॉस का है, और अधिकतम मूल्य के 1% पर वर्णक्रमीय बैंडविड्थ 150 एनएम है, जो 17 एफएस की फूरियर ट्रांसफॉर्म सीमा पल्स चौड़ाई के अनुरूप है। अपूर्ण फैलाव मुआवजे और पैरामीट्रिक एम्पलीफायरों में गैर-रेखीय चरण मुआवजे की कठिनाई को ध्यान में रखते हुए, अपेक्षित पल्स चौड़ाई 20 एफएस है।
एक्ससीईएलएस लेजर दो 8-चैनल यूएफएल-2एम नियोडिमियम ग्लास लेजर फ्रीक्वेंसी दोहरीकरण मॉड्यूल (चित्रा 1 में 3) को नियोजित करेगा, जिनमें से 13 चैनलों का उपयोग बूस्टर ओपीसीपीए और 12 अंतिम ओपीसीपीए को पंप करने के लिए किया जाएगा। शेष तीन चैनलों का उपयोग स्वतंत्र नैनोसेकंड किलोजूल स्पंदित के रूप में किया जाएगालेजर स्रोतअन्य प्रयोगों के लिए. डीकेडीपी क्रिस्टल के ऑप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेशोल्ड द्वारा सीमित, पंप किए गए पल्स की विकिरण तीव्रता प्रत्येक चैनल के लिए 1.5 गीगावॉट/सेमी2 पर सेट है और अवधि 3.5 एनएस है।
XCELS लेजर का प्रत्येक चैनल 50 PW की शक्ति के साथ पल्स उत्पन्न करता है। कुल 12 चैनल 600 पीडब्लू की कुल आउटपुट पावर प्रदान करते हैं। मुख्य लक्ष्य कक्ष में, आदर्श परिस्थितियों में प्रत्येक चैनल की अधिकतम फोकसिंग तीव्रता 0.44×1025 W/cm2 है, यह मानते हुए कि फोकस करने के लिए F/1 फोकसिंग तत्वों का उपयोग किया जाता है। यदि प्रत्येक चैनल की पल्स को पोस्ट-संपीड़न तकनीक द्वारा 2.6 एफएस तक संपीड़ित किया जाता है, तो संबंधित आउटपुट पल्स पावर 230 पीडब्लू तक बढ़ जाएगी, जो 2.0×1025 डब्ल्यू/सेमी2 की प्रकाश तीव्रता के अनुरूप है।
अधिक प्रकाश तीव्रता प्राप्त करने के लिए, 600 पीडब्लू आउटपुट पर, 12 चैनलों में प्रकाश स्पंदों को व्युत्क्रम द्विध्रुवीय विकिरण की ज्यामिति में केंद्रित किया जाएगा, जैसा चित्र 2 में दिखाया गया है। जब प्रत्येक चैनल में स्पंद चरण लॉक नहीं होता है, तो फोकस तीव्रता हो सकती है 9×1025 W/cm2 तक पहुंचें। यदि प्रत्येक पल्स चरण को लॉक और सिंक्रोनाइज़ किया जाता है, तो सुसंगत परिणामी प्रकाश की तीव्रता 3.2×1026 W/cm2 तक बढ़ जाएगी। मुख्य लक्ष्य कक्ष के अलावा, एक्ससीईएलएस परियोजना में 10 उपयोगकर्ता प्रयोगशालाएं शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक को प्रयोगों के लिए एक या अधिक बीम प्राप्त होते हैं। इस बेहद मजबूत प्रकाश क्षेत्र का उपयोग करते हुए, एक्ससीईएलएस परियोजना चार श्रेणियों में प्रयोग करने की योजना बना रही है: तीव्र लेजर क्षेत्रों में क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रियाएं; कणों का उत्पादन और त्वरण; द्वितीयक विद्युत चुम्बकीय विकिरण की उत्पत्ति; प्रयोगशाला खगोल भौतिकी, उच्च ऊर्जा घनत्व प्रक्रियाएं और नैदानिक अनुसंधान।
अंजीर। 2 मुख्य लक्ष्य कक्ष में ज्यामिति पर ध्यान केंद्रित करना। स्पष्टता के लिए, बीम 6 का परवलयिक दर्पण पारदर्शी पर सेट है, और इनपुट और आउटपुट बीम केवल दो चैनल 1 और 7 दिखाते हैं
चित्र 3 प्रायोगिक भवन में XCELS लेजर प्रणाली के प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्र का स्थानिक लेआउट दिखाता है। बिजली, वैक्यूम पंप, जल उपचार, शुद्धिकरण और एयर कंडीशनिंग बेसमेंट में स्थित हैं। कुल निर्माण क्षेत्र 24,000 वर्ग मीटर से अधिक है। कुल बिजली खपत लगभग 7.5 मेगावाट है। प्रायोगिक भवन में एक आंतरिक खोखला समग्र फ्रेम और एक बाहरी खंड होता है, प्रत्येक दो अलग-अलग नींव पर बनाया गया है। वैक्यूम और अन्य कंपन-उत्प्रेरण प्रणालियाँ कंपन-पृथक नींव पर स्थापित की जाती हैं, ताकि नींव और समर्थन के माध्यम से लेजर प्रणाली में प्रेषित गड़बड़ी का आयाम आवृत्ति रेंज में 10-10 g2/Hz से कम हो जाए। 1-200 हर्ट्ज. इसके अलावा, जमीन और उपकरणों के बहाव की व्यवस्थित निगरानी के लिए लेजर हॉल में जियोडेसिक संदर्भ मार्करों का एक नेटवर्क स्थापित किया गया है।
XCELS परियोजना का लक्ष्य अत्यधिक उच्च शिखर शक्ति वाले लेजर पर आधारित एक बड़ी वैज्ञानिक अनुसंधान सुविधा बनाना है। XCELS लेजर प्रणाली का एक चैनल 1024 W/cm2 से कई गुना अधिक केंद्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकता है, जिसे पोस्ट-संपीड़न तकनीक के साथ 1025 W/cm2 से भी अधिक किया जा सकता है। लेज़र प्रणाली में 12 चैनलों से द्विध्रुव-केंद्रित दालों द्वारा, पोस्ट-संपीड़न और चरण लॉकिंग के बिना भी 1026 डब्ल्यू/सेमी2 के करीब की तीव्रता प्राप्त की जा सकती है। यदि चैनलों के बीच चरण सिंक्रनाइज़ेशन लॉक है, तो प्रकाश की तीव्रता कई गुना अधिक होगी। इन रिकॉर्ड-ब्रेकिंग पल्स तीव्रता और मल्टी-चैनल बीम लेआउट का उपयोग करके, भविष्य की एक्ससीईएलएस सुविधा अत्यधिक उच्च तीव्रता, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरण के साथ प्रयोग करने और मल्टी-चैनल लेजर बीम और माध्यमिक विकिरण का उपयोग करके इंटरैक्शन का निदान करने में सक्षम होगी। यह सुपर-मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रायोगिक भौतिकी के क्षेत्र में एक अनूठी भूमिका निभाएगा।
पोस्ट समय: मार्च-26-2024