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 वाले लेज़रोंइस परियोजना में एक बहुत ही महत्वपूर्ण परियोजना का निर्माण शामिल है।उच्च शक्ति लेजरबड़े एपर्चर वाले पोटैशियम डाइड्यूटेरियम फॉस्फेट (DKDP, रासायनिक सूत्र KD2PO4) क्रिस्टल में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक चिरप्ड पल्स एम्प्लीफिकेशन तकनीक पर आधारित, जिसका अपेक्षित कुल आउटपुट 600 PW पीक पावर पल्स है। यह कार्य XCELS परियोजना और उसकी लेज़र प्रणालियों के बारे में महत्वपूर्ण विवरण और शोध निष्कर्ष प्रदान करता है, साथ ही अति-प्रबल प्रकाश क्षेत्र अंतःक्रियाओं से संबंधित अनुप्रयोगों और संभावित प्रभावों का वर्णन करता है।
एक्ससीईएलएस कार्यक्रम 2011 में प्रस्तावित किया गया था जिसका प्रारंभिक लक्ष्य अधिकतम विद्युत उत्पादन प्राप्त करना था।लेज़र200 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, 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) लाभ माध्यम के रूप में डीकेडीपी का उपयोग करके, 910 एनएम तरंगदैर्ध्य के पास अल्ट्रा वाइडबैंड चरण मिलान का एहसास होता है;
(3) हजारों जूल की पल्स ऊर्जा के साथ एक बड़े एपर्चर नियोडिमियम ग्लास लेजर का उपयोग पैरामीट्रिक एम्पलीफायर को पंप करने के लिए किया जाता है।
अल्ट्रा-वाइडबैंड फेज़ मैचिंग कई क्रिस्टलों में व्यापक रूप से पाया जाता है और इसका उपयोग OPCPA फेम्टोसेकंड लेज़रों में किया जाता है। DKDP क्रिस्टल का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि वे व्यवहार में पाए जाने वाले एकमात्र ऐसे पदार्थ हैं जिन्हें दसियों सेंटीमीटर के एपर्चर तक बढ़ाया जा सकता है और साथ ही, इनमें बहु-पीडब्लू शक्ति के प्रवर्धन को सहारा देने के लिए स्वीकार्य ऑप्टिकल गुण होते हैं।पराबैंगनीकिरणयह 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 तरंगदैर्ध्य 910 एनएम है, तो तरंग वेक्टर बेमेल के टेलर विस्तार के पहले तीन पद 0 हैं।
चित्र 1, XCELS लेज़र प्रणाली का एक योजनाबद्ध लेआउट है। इसका अग्र भाग 910 नैनोमीटर (चित्र 1 में 1.3) की केंद्रीय तरंगदैर्ध्य वाले चिरप्ड फेम्टोसेकंड पल्स उत्पन्न करता है और 1054 नैनोमीटर नैनोसेकंड पल्स को OPCPA पंप लेज़र (चित्र 1 में 1.1 और 1.2) में प्रक्षेपित करता है। अग्र भाग इन पल्सों के साथ-साथ आवश्यक ऊर्जा और स्थानिक-कालिक मापदंडों का समन्वय भी सुनिश्चित करता है। उच्च पुनरावृत्ति दर (1 हर्ट्ज़) पर संचालित एक मध्यवर्ती OPCPA, चिरप्ड पल्स को दसियों जूल (चित्र 1 में 2) तक प्रवर्धित करता है। बूस्टर OPCPA द्वारा पल्स को एक किलोजूल किरण में और प्रवर्धित किया जाता है और 12 समान उप-किरणों (चित्र 1 में 4) में विभाजित किया जाता है। अंतिम 12 OPCPA में, 12 चिरप्ड प्रकाश स्पंदों में से प्रत्येक को किलोजूल 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 फैलाव और उच्च क्रम फैलाव को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए, ताकि सबसे छोटी संभव स्पंद चौड़ाई प्राप्त की जा सके, अग्रभाग में एक एकॉस्टो-ऑप्टिक प्रोग्रामयोग्य फैलाव फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है। स्पंद स्पेक्ट्रम का आकार लगभग 12वें क्रम के सुपरगाउस के समान है, और अधिकतम मान के 1% पर वर्णक्रमीय बैंडविड्थ 150 nm है, जो 17 fs की फूरियर रूपांतरण सीमा स्पंद चौड़ाई के अनुरूप है। अपूर्ण फैलाव क्षतिपूर्ति और पैरामीट्रिक प्रवर्धकों में अरैखिक कला क्षतिपूर्ति की कठिनाई को ध्यान में रखते हुए, अपेक्षित स्पंद 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 अंतिम OPCPA पंप करने के लिए उपयोग किए जाएँगे। शेष तीन चैनलों का उपयोग स्वतंत्र नैनोसेकंड किलोजूल स्पंदित के रूप में किया जाएगा।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 गीगावॉट/सेमी2 पर सेट 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 600 PW की कुल आउटपुट शक्ति प्रदान करते हैं। मुख्य लक्ष्य कक्ष में, आदर्श परिस्थितियों में प्रत्येक चैनल की अधिकतम फोकस 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 के पल्स को पोस्ट-कम्प्रेशन तकनीक द्वारा 2.6 fs तक और संपीड़ित किया जाता है, तो संबंधित आउटपुट पल्स शक्ति 230 PW तक बढ़ जाएगी, जो 2.0×1025 W/cm2 की प्रकाश तीव्रता के अनुरूप है।
अधिक प्रकाश तीव्रता प्राप्त करने के लिए, 600 पीडब्ल्यू आउटपुट पर, 12 चैनलों में प्रकाश दालों को उलटा द्विध्रुवीय विकिरण की ज्यामिति में केंद्रित किया जाएगा, जैसा कि चित्रा 2 में दिखाया गया है। जब प्रत्येक चैनल में पल्स चरण लॉक नहीं होता है, तो फोकस तीव्रता 9 × 1025 डब्ल्यू / सेमी 2 तक पहुंच सकती है। यदि प्रत्येक पल्स चरण लॉक और सिंक्रनाइज़ किया जाता है, तो सुसंगत परिणामी प्रकाश तीव्रता 3.2 × 1026 डब्ल्यू / सेमी 2 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 करके, एक्ससीईएलएस परियोजना चार श्रेणियों में प्रयोग करने की योजना बना रही है: तीव्र लेजर क्षेत्रों में क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रक्रियाएं; कणों का उत्पादन और त्वरण
चित्र 2 मुख्य लक्ष्य कक्ष में फ़ोकस ज्यामिति। स्पष्टता के लिए, किरण 6 का परवलयिक दर्पण पारदर्शी पर सेट है, और इनपुट और आउटपुट किरणें केवल दो चैनल 1 और 7 दिखाती हैं।
चित्र 3 प्रायोगिक भवन में XCELS लेज़र 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 वर्ग मीटर 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 गया है। वैक्यूम और अन्य कंपन-प्रेरक प्रणालियां कंपन-पृथक नींव पर स्थापित की जाती हैं, ताकि नींव और समर्थन के माध्यम से लेज़र प्रणाली में प्रेषित गड़बड़ी का आयाम 1-200 हर्ट्ज की आवृत्ति रेंज में 10-10 ग्राम/हर्ट्ज से कम हो जाए। इसके अलावा, जमीन और उपकरणों के बहाव की व्यवस्थित निगरानी के लिए लेज़र हॉल में जियोडेसिक संदर्भ मार्करों का एक नेटवर्क स्थापित किया गया है।
एक्ससीईएलएस परियोजना का लक्ष्य अत्यंत उच्च शिखर शक्ति वाले लेज़रों पर आधारित एक विशाल वैज्ञानिक अनुसंधान सुविधा का निर्माण करना है। एक्ससीईएलएस लेज़र प्रणाली का एक चैनल 1024 W/cm2 से कई गुना अधिक केंद्रित प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकता है, जिसे पोस्ट-कम्प्रेशन तकनीक से 1025 W/cm2 तक और बढ़ाया जा सकता है। लेज़र प्रणाली में 12 चैनलों से द्विध्रुवीय-फोकसिंग स्पंदों द्वारा, पोस्ट-कम्प्रेशन और फेज़ लॉकिंग के बिना भी 1026 W/cm2 के करीब तीव्रता प्राप्त की जा सकती है। यदि चैनलों के बीच फेज़ सिंक्रोनाइज़ेशन लॉक हो जाता है, तो प्रकाश की तीव्रता कई गुना अधिक होगी। इन रिकॉर्ड-तोड़ स्पंद तीव्रताओं और बहु-चैनल बीम लेआउट का उपयोग करके, भविष्य की एक्ससीईएलएस सुविधा अत्यंत उच्च तीव्रता, जटिल प्रकाश क्षेत्र वितरण के साथ प्रयोग करने और बहु-चैनल लेज़र बीम और द्वितीयक विकिरण का उपयोग करके अंतःक्रियाओं का निदान करने में सक्षम होगी। यह अति-प्रबल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र प्रायोगिक भौतिकी के क्षेत्र में एक अद्वितीय भूमिका निभाएगा।
पोस्ट करने का समय: 26 मार्च 2024