हाल ही में, रूसी विज्ञान अकादमी के अनुप्रयुक्त भौतिकी संस्थान ने एक्सावाट सेंटर फॉर एक्सट्रीम लाइट स्टडी (एक्ससीईएलएस) की शुरुआत की, जो अत्यंत उच्च-ऊर्जा पर आधारित बड़े वैज्ञानिक उपकरणों के लिए एक शोध कार्यक्रम है।उच्च शक्ति लेज़रइस परियोजना में एक बहुत ही महत्वपूर्ण निर्माण शामिल है।उच्च शक्ति लेजरबड़े एपर्चर वाले पोटेशियम डाइड्यूटेरियम फॉस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टल में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिरप्ड पल्स एम्पलीफिकेशन तकनीक पर आधारित, जिसकी अपेक्षित कुल आउटपुट 600 PW पीक पावर पल्स है। यह कार्य XCELS परियोजना और इसके लेजर सिस्टम के बारे में महत्वपूर्ण विवरण और शोध निष्कर्ष प्रदान करता है, जिसमें अल्ट्रा-स्ट्रांग लाइट फील्ड इंटरैक्शन से संबंधित अनुप्रयोगों और संभावित प्रभावों का वर्णन किया गया है।
एक्ससीईएलएस कार्यक्रम 2011 में प्रस्तावित किया गया था जिसका प्रारंभिक लक्ष्य अधिकतम विद्युत उत्पादन प्राप्त करना था।लेज़रपल्स आउटपुट 200 पीडब्लू है, जिसे वर्तमान में 600 पीडब्लू तक अपग्रेड किया गया है।लेजर प्रणालीतीन प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर निर्भर करता है:
(1) पारंपरिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन, ओ.पी.सी.पी.ए.) तकनीक के स्थान पर ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन (ओ.पी.सी.पी.ए.) तकनीक का उपयोग किया जाता है;
(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) हजारों जूल की पल्स ऊर्जा वाले एक बड़े एपर्चर वाले नियोडिमियम ग्लास लेजर का उपयोग पैरामीट्रिक एम्पलीफायर को पंप करने के लिए किया जाता है।
अल्ट्रा-वाइडबैंड फेज़ मैचिंग कई क्रिस्टल में व्यापक रूप से पाया जाता है और इसका उपयोग OPCPA फेमटोसेकंड लेज़र में किया जाता है। DKDP क्रिस्टल का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि वे व्यवहार में पाए जाने वाले एकमात्र पदार्थ हैं जिन्हें दसियों सेंटीमीटर एपर्चर तक बढ़ाया जा सकता है और साथ ही साथ मल्टी-PW पावर के प्रवर्धन का समर्थन करने के लिए स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण भी होते हैंपराबैंगनीकिरणयह पाया गया है कि जब डीकेडीपी क्रिस्टल को एनडी ग्लास लेजर की दोहरी आवृत्ति प्रकाश द्वारा पंप किया जाता है, यदि प्रवर्धित पल्स का वाहक तरंगदैर्ध्य 910 एनएम है, तो तरंग वेक्टर बेमेल के टेलर विस्तार के पहले तीन पद 0 हैं।
चित्र 1 XCELS लेजर सिस्टम का एक योजनाबद्ध लेआउट है। फ्रंट एंड ने 910 एनएम (चित्र 1 में 1.3) की केंद्रीय तरंगदैर्ध्य के साथ चिरप्ड फेम्टोसेकंड पल्स उत्पन्न किए और 1054 एनएम नैनोसेकंड पल्स को OPCPA पंप लेजर (चित्र 1 में 1.1 और 1.2) में इंजेक्ट किया। फ्रंट एंड इन पल्स के साथ-साथ आवश्यक ऊर्जा और स्थानिक-समय मापदंडों के समन्वय को भी सुनिश्चित करता है। उच्च पुनरावृत्ति दर (1 हर्ट्ज) पर संचालित एक मध्यवर्ती OPCPA चिरप्ड पल्स को दसियों जूल (चित्र 1 में 2) तक बढ़ाता है। बूस्टर OPCPA द्वारा पल्स को एक किलोजूल बीम में और बढ़ाया जाता है और 12 समान उप-बीम (चित्र 1 में 4) में विभाजित किया जाता है। अंतिम 12 OPCPA में, 12 चिरप्ड लाइट पल्स में से प्रत्येक को किलोजूल स्तर (चित्र 1 में 5) तक बढ़ाया जाता है और फिर 12 संपीड़न ग्रेटिंग (चित्र 1 में 6 का GC) द्वारा संपीड़ित किया जाता है। समूह वेग फैलाव और उच्च क्रम फैलाव को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए फ्रंट एंड में एकॉस्टो-ऑप्टिक प्रोग्रामेबल फैलाव फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है, ताकि सबसे छोटी संभव पल्स चौड़ाई प्राप्त की जा सके। पल्स स्पेक्ट्रम का आकार लगभग 12वें क्रम के सुपरगॉस का होता है, और अधिकतम मान के 1% पर स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ 150 एनएम होता है, जो 17 fs की फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म सीमा पल्स चौड़ाई के अनुरूप होता है। अपूर्ण फैलाव क्षतिपूर्ति और पैरामीट्रिक एम्पलीफायरों में गैर-रेखीय चरण क्षतिपूर्ति की कठिनाई को ध्यान में रखते हुए, अपेक्षित पल्स चौड़ाई 20 fs है।
XCELS लेजर में दो 8-चैनल UFL-2M नियोडिमियम ग्लास लेजर फ्रीक्वेंसी डबलिंग मॉड्यूल (चित्र 1 में 3) का उपयोग किया जाएगा, जिनमें से 13 चैनलों का उपयोग बूस्टर OPCPA और 12 अंतिम OPCPA 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 की ऑप्टिकल ब्रेकडाउन थ्रेशोल्ड द्वारा सीमित, पंप किए गए पल्स की विकिरण तीव्रता प्रत्येक चैनल के लिए 1.5 गीगावॉट/सेमी2 पर सेट की गई 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 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 है, यह मानते हुए कि फोकसिंग के लिए F/1 फोकसिंग तत्वों का उपयोग किया जाता है। यदि प्रत्येक चैनल की पल्स को पोस्ट-कम्प्रेशन तकनीक द्वारा 2.6 fs तक और संपीड़ित किया जाता है, तो संबंधित आउटपुट पल्स पावर 230 PW तक बढ़ जाएगी, जो 2.0×1025 W/cm2 की प्रकाश तीव्रता के अनुरूप होगी।
अधिक प्रकाश की तीव्रता प्राप्त करने के लिए, 600 PW आउटपुट पर, 12 चैनलों में प्रकाश स्पंदों को व्युत्क्रम द्विध्रुवीय विकिरण की ज्यामिति में केंद्रित किया जाएगा, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। जब प्रत्येक चैनल में पल्स चरण लॉक नहीं होता है, तो फोकस की तीव्रता 9×1025 W/cm2 तक पहुंच सकती है। यदि प्रत्येक पल्स चरण लॉक और सिंक्रनाइज़ किया जाता है, तो सुसंगत परिणामी प्रकाश की तीव्रता 3.2×1026 W/cm2 तक बढ़ जाएगी। मुख्य लक्ष्य कक्ष के अलावा, XCELS परियोजना में 10 उपयोगकर्ता प्रयोगशालाएं शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक को प्रयोगों के लिए एक या अधिक बीम प्राप्त होते हैं। इस अत्यंत मजबूत प्रकाश क्षेत्र का उपयोग करते हुए, XCELS परियोजना चार श्रेणियों में प्रयोग करने की योजना बना रही है: तीव्र लेजर क्षेत्रों में क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रियाएं
चित्र 2 मुख्य लक्ष्य कक्ष में फ़ोकस ज्यामिति। स्पष्टता के लिए, बीम 6 का परवलयिक दर्पण पारदर्शी पर सेट किया गया 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 के स्थानिक लेआउट को दर्शाता है। बिजली, वैक्यूम पंप, जल उपचार, शुद्धिकरण और एयर कंडीशनिंग बेसमेंट में स्थित हैं। कुल निर्माण क्षेत्र 24,000 m2 से अधिक है। कुल बिजली की 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 जाता है। वैक्यूम और अन्य कंपन-प्रेरक प्रणालियों को कंपन-पृथक नींव पर स्थापित किया जाता है, ताकि नींव और समर्थन के माध्यम से लेजर प्रणाली में प्रेषित गड़बड़ी का आयाम 1-200 हर्ट्ज की आवृत्ति रेंज में 10-10 g2/Hz से कम हो जाए। 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 उद्देश्य अत्यंत उच्च शिखर शक्ति वाले लेजर पर आधारित एक बड़ी वैज्ञानिक अनुसंधान सुविधा बनाना है। XCELS लेजर सिस्टम का एक चैनल 1024 W/cm2 से कई गुना अधिक केंद्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकता है, जिसे पोस्ट-कंप्रेशन तकनीक के साथ 1025 W/cm2 से भी अधिक किया जा सकता है। लेजर सिस्टम में 12 चैनलों से द्विध्रुवीय-फोकसिंग पल्स द्वारा, पोस्ट-कंप्रेशन और चरण लॉकिंग के बिना भी 1026 W/cm2 के करीब 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 XCELS सुविधा अत्यंत उच्च तीव्रता, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरण के साथ प्रयोग करने और मल्टी-चैनल लेजर बीम और द्वितीयक विकिरण का उपयोग करके अंतःक्रियाओं का निदान करने में सक्षम होगी। यह सुपर-मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रायोगिक भौतिकी के क्षेत्र में एक अनूठी भूमिका निभाएगा।
पोस्ट करने का समय: मार्च-26-2024