हाल ही में, रूसी विज्ञान अकादमी के अनुप्रयुक्त भौतिकी संस्थान ने अत्यधिक प्रकाश अध्ययन के लिए एक्सवॉट केंद्र (एक्ससीईएलएस) की शुरुआत की है, जो अत्यंत तीव्र प्रकाश पर आधारित बड़े वैज्ञानिक उपकरणों के लिए एक अनुसंधान कार्यक्रम है।उच्च शक्ति वाले लेजरइस परियोजना में एक बहुत हीउच्च शक्ति लेजरयह शोध कार्य बड़े छिद्र वाले पोटेशियम डाइड्यूटेरियम फॉस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टलों में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिर्प्ड पल्स प्रवर्धन तकनीक पर आधारित है, जिससे 600 PW पीक पावर पल्स का कुल अपेक्षित आउटपुट प्राप्त होगा। यह शोध कार्य XCELS परियोजना और इसके लेजर सिस्टम के बारे में महत्वपूर्ण विवरण और शोध निष्कर्ष प्रदान करता है, साथ ही अति-शक्तिशाली प्रकाश क्षेत्र अंतःक्रियाओं से संबंधित अनुप्रयोगों और संभावित प्रभावों का वर्णन करता है।
XCELS कार्यक्रम का प्रस्ताव 2011 में रखा गया था, जिसका प्रारंभिक लक्ष्य अधिकतम शक्ति स्तर प्राप्त करना था।लेज़रइसकी पल्स आउटपुट क्षमता 200 पीडब्ल्यू थी, जिसे वर्तमान में बढ़ाकर 600 पीडब्ल्यू कर दिया गया है।लेजर प्रणालीयह तीन प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर निर्भर करता है:
(1) पारंपरिक चिर्प्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (सीपीए) तकनीक के स्थान पर ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिर्प्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (ओपीसीपीए) तकनीक का उपयोग किया जाता है;
(2) डीकेडीपी को लाभ माध्यम के रूप में उपयोग करके, 910 एनएम तरंगदैर्ध्य के निकट अल्ट्रा वाइडबैंड चरण मिलान प्राप्त किया जाता है;
(3) हजारों जूल की पल्स ऊर्जा वाला एक बड़ा एपर्चर नियोडिमियम ग्लास लेजर एक पैरामीट्रिक एम्पलीफायर को पंप करने के लिए उपयोग किया जाता है।
अल्ट्रा-वाइडबैंड फेज़ मैचिंग कई क्रिस्टलों में व्यापक रूप से पाई जाती है और इसका उपयोग OPCPA फेमटोसेकंड लेज़रों में किया जाता है। DKDP क्रिस्टलों का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि व्यवहार में ये एकमात्र ऐसी सामग्री हैं जिन्हें दसियों सेंटीमीटर के एपर्चर तक विकसित किया जा सकता है और साथ ही इनमें मल्टी-PW पावर के प्रवर्धन को समर्थन देने के लिए स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण होते हैं।पराबैंगनीकिरणयह पाया गया है कि जब डीकेडीपी क्रिस्टल को एनडी ग्लास लेजर के दोहरी आवृत्ति प्रकाश द्वारा पंप किया जाता है, यदि प्रवर्धित पल्स की वाहक तरंगदैर्ध्य 910 एनएम है, तो तरंग वेक्टर बेमेल के टेलर विस्तार के पहले तीन पद 0 हैं।
चित्र 1 XCELS लेजर प्रणाली का योजनाबद्ध लेआउट दर्शाता है। फ्रंट एंड ने 910 nm (चित्र 1 में 1.3) की केंद्रीय तरंगदैर्ध्य वाली चिर्प्ड फेम्टोसेकंड पल्स और 1054 nm नैनोसेकंड पल्स उत्पन्न कीं, जिन्हें OPCPA द्वारा संचालित लेजर में प्रक्षेपित किया गया (चित्र 1 में 1.1 और 1.2)। फ्रंट एंड इन पल्सों के साथ-साथ आवश्यक ऊर्जा और स्थानिक-सामयिक मापदंडों के सिंक्रोनाइज़ेशन को भी सुनिश्चित करता है। एक मध्यवर्ती OPCPA जो उच्च पुनरावृति दर (1 Hz) पर संचालित होता है, चिर्प्ड पल्स को दसियों जूल तक प्रवर्धित करता है (चित्र 1 में 2)। पल्स को बूस्टर OPCPA द्वारा एक एकल किलो जूल बीम में और प्रवर्धित किया जाता है और 12 समान उप-बीमों में विभाजित किया जाता है (चित्र 1 में 4)। अंतिम 12 OPCPA में, प्रत्येक 12 चिर्प्ड प्रकाश पल्स को किलो जूल स्तर (चित्र 1 में 5) तक प्रवर्धित किया जाता है और फिर 12 संपीड़न ग्रेटिंग (चित्र 1 में 6 का GC) द्वारा संपीड़ित किया जाता है। समूह वेग प्रकीर्णन और उच्च क्रम प्रकीर्णन को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए, सबसे छोटी संभव पल्स चौड़ाई प्राप्त करने हेतु, अग्र भाग में ध्वनिक-प्रकाशिक प्रोग्रामेबल प्रकीर्णन फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है। पल्स स्पेक्ट्रम का आकार लगभग 12वें क्रम के सुपरगॉस जैसा होता है, और अधिकतम मान के 1% पर वर्णक्रमीय बैंडविड्थ 150 nm है, जो 17 fs की फूरियर रूपांतरण सीमा पल्स चौड़ाई के अनुरूप है। अपूर्ण प्रकीर्णन क्षतिपूर्ति और पैरामीट्रिक एम्पलीफायरों में अरैखिक चरण क्षतिपूर्ति की कठिनाई को ध्यान में रखते हुए, अपेक्षित पल्स चौड़ाई 20 fs है।
XCELS लेज़र में दो 8-चैनल UFL-2M नियोडिमियम ग्लास लेज़र फ़्रीक्वेंसी डबलिंग मॉड्यूल (चित्र 1 में 3) का उपयोग किया जाएगा, जिनमें से 13 चैनल बूस्टर OPCPA और 12 फ़ाइनल OPCPA को पंप करने के लिए उपयोग किए जाएंगे। शेष तीन चैनल स्वतंत्र नैनोसेकंड किलो जूल पल्स के रूप में उपयोग किए जाएंगे।लेजर स्रोतअन्य प्रयोगों के लिए। डीकेडीपी क्रिस्टल की ऑप्टिकल ब्रेकडाउन सीमा द्वारा सीमित, पंप किए गए पल्स की विकिरण तीव्रता प्रत्येक चैनल के लिए 1.5 जीडब्ल्यू/सेमी2 निर्धारित की गई है और अवधि 3.5 एनएस है।
XCELS लेज़र का प्रत्येक चैनल 50 PW की शक्ति वाले पल्स उत्पन्न करता है। कुल 12 चैनल मिलकर 600 PW की कुल आउटपुट शक्ति प्रदान करते हैं। मुख्य लक्ष्य कक्ष में, आदर्श परिस्थितियों में प्रत्येक चैनल की अधिकतम फोकसिंग तीव्रता 0.44×10²⁵ W/cm² होती है, यह मानते हुए कि फोकसिंग के लिए F/1 फोकसिंग तत्वों का उपयोग किया जाता है। यदि प्रत्येक चैनल के पल्स को पोस्ट-कंप्रेशन तकनीक द्वारा 2.6 fs तक संपीड़ित किया जाता है, तो संबंधित आउटपुट पल्स शक्ति बढ़कर 230 PW हो जाएगी, जो 2.0×10²⁵ W/cm² की प्रकाश तीव्रता के बराबर है।
अधिक प्रकाश तीव्रता प्राप्त करने के लिए, 600 PW आउटपुट पर, 12 चैनलों में प्रकाश स्पंदों को व्युत्क्रम द्विध्रुव विकिरण की ज्यामिति में केंद्रित किया जाएगा, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। जब प्रत्येक चैनल में स्पंदन चरण लॉक नहीं होता है, तो केंद्रित तीव्रता 9×10²⁵ W/cm² तक पहुँच सकती है। यदि प्रत्येक स्पंदन चरण लॉक और सिंक्रनाइज़ हो जाता है, तो सुसंगत परिणामी प्रकाश तीव्रता बढ़कर 3.2×10²⁶ W/cm² हो जाएगी। मुख्य लक्ष्य कक्ष के अलावा, XCELS परियोजना में 10 उपयोगकर्ता प्रयोगशालाएँ शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक प्रयोगों के लिए एक या अधिक किरणें प्राप्त करती है। इस अत्यंत शक्तिशाली प्रकाश क्षेत्र का उपयोग करते हुए, XCELS परियोजना चार श्रेणियों में प्रयोग करने की योजना बना रही है: तीव्र लेजर क्षेत्रों में क्वांटम विद्युतगतिकी प्रक्रियाएँ; कणों का उत्पादन और त्वरण; द्वितीयक विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्पादन; प्रयोगशाला खगोल भौतिकी, उच्च ऊर्जा घनत्व प्रक्रियाएँ और नैदानिक अनुसंधान।
चित्र 2 मुख्य लक्ष्य कक्ष में फोकसिंग ज्यामिति। स्पष्टता के लिए, किरण 6 के परवलयिक दर्पण को पारदर्शी रखा गया है, और इनपुट और आउटपुट किरणों में केवल दो चैनल 1 और 7 दिखाए गए हैं।
चित्र 3 प्रायोगिक भवन में XCELS लेजर प्रणाली के प्रत्येक कार्यात्मक क्षेत्र की स्थानिक संरचना को दर्शाता है। बिजली, वैक्यूम पंप, जल उपचार, शुद्धिकरण और वातानुकूलन तहखाने 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 ढांचा और एक बाहरी भाग है, जो दो अलग-अलग नींवों पर निर्मित हैं। वैक्यूम और अन्य कंपन उत्पन्न करने वाली प्रणालियाँ कंपन-रोधी नींव पर स्थापित हैं, ताकि नींव और आधार के माध्यम से लेजर प्रणाली तक प्रेषित होने वाले विक्षोभ का आयाम 1-200 हर्ट्ज़ की आवृत्ति सीमा में 10⁻¹⁰ g²/हर्ट्ज से कम हो जाए। इसके अतिरिक्त, जमीन और उपकरणों के विस्थापन की व्यवस्थित निगरानी के लिए लेजर हॉल में भू-भौगोलिक संदर्भ चिह्नों का एक नेटवर्क स्थापित किया गया है।
XCELS परियोजना का उद्देश्य अत्यधिक उच्च शिखर शक्ति वाले लेज़रों पर आधारित एक विशाल वैज्ञानिक अनुसंधान केंद्र स्थापित करना है। XCELS लेज़र प्रणाली का एक चैनल 10²⁴ W/cm² से कई गुना अधिक केंद्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकता है, जिसे पोस्ट-कंप्रेशन तकनीक से 10²⁵ W/cm² तक बढ़ाया जा सकता है। लेज़र प्रणाली के 12 चैनलों से द्विध्रुव-केंद्रित पल्सों द्वारा, पोस्ट-कंप्रेशन और फेज़ लॉकिंग के बिना भी लगभग 10²⁶ W/cm² की तीव्रता प्राप्त की जा सकती है। यदि चैनलों के बीच फेज़ सिंक्रोनाइज़ेशन लॉक किया जाता है, तो प्रकाश तीव्रता कई गुना अधिक हो जाएगी। इन रिकॉर्ड-तोड़ पल्स तीव्रताओं और बहु-चैनल बीम लेआउट का उपयोग करके, भविष्य की XCELS सुविधा अत्यधिक उच्च तीव्रता, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरणों के साथ प्रयोग करने और बहु-चैनल लेज़र बीमों और द्वितीयक विकिरण का उपयोग करके अंतःक्रियाओं का निदान करने में सक्षम होगी। यह अति-शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रायोगिक भौतिकी के क्षेत्र में एक अद्वितीय भूमिका निभाएगी।
पोस्ट करने का समय: 26 मार्च 2024