റഷ്യൻ അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിലെ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്സ് അടുത്തിടെ എക്സാവാട്ട് സെന്റർ ഫോർ എക്സ്ട്രീം ലൈറ്റ് സ്റ്റഡി (XCELS) അവതരിപ്പിച്ചു, ഇത് വളരെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വലിയ ശാസ്ത്രീയ ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള ഒരു ഗവേഷണ പരിപാടിയാണ്.ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകൾ. പദ്ധതിയിൽ വളരെ നിർമ്മാണം ഉൾപ്പെടുന്നുഉയർന്ന പവർ ലേസർവലിയ അപ്പേർച്ചർ പൊട്ടാസ്യം ഡൈഡ്യൂറ്റീരിയം ഫോസ്ഫേറ്റ് (DKDP, കെമിക്കൽ ഫോർമുല KD2PO4) ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, 600 PW പീക്ക് പൾസുകളുടെ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന മൊത്തം ഔട്ട്പുട്ട്. അൾട്രാ-സ്ട്രോങ്ങ് ലൈറ്റ് ഫീൽഡ് ഇന്ററാക്ഷനുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ആപ്ലിക്കേഷനുകളും സാധ്യതയുള്ള ആഘാതങ്ങളും വിവരിക്കുന്ന XCELS പ്രോജക്റ്റിനെയും അതിന്റെ ലേസർ സിസ്റ്റങ്ങളെയും കുറിച്ചുള്ള പ്രധാന വിശദാംശങ്ങളും ഗവേഷണ കണ്ടെത്തലുകളും ഈ കൃതി നൽകുന്നു.
പീക്ക് പവർ കൈവരിക്കുക എന്ന പ്രാരംഭ ലക്ഷ്യത്തോടെ 2011 ൽ XCELS പ്രോഗ്രാം നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു.ലേസർപൾസ് ഔട്ട്പുട്ട് 200 PW ആണ്, ഇത് നിലവിൽ 600 PW ആയി ഉയർത്തി.ലേസർ സിസ്റ്റംമൂന്ന് പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യകളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു:
(1) പരമ്പരാഗത ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ, OPCPA) സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് പകരം ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (OPCPA) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്നു;
(2) DKDP ഗെയിൻ മീഡിയമായി ഉപയോഗിച്ച്, 910 nm തരംഗദൈർഘ്യത്തിനടുത്ത് അൾട്രാ വൈഡ്ബാൻഡ് ഫേസ് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ സാക്ഷാത്കരിക്കപ്പെടുന്നു;
(3) ഒരു പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫയർ പമ്പ് ചെയ്യാൻ ആയിരക്കണക്കിന് ജൂളുകളുടെ പൾസ് എനർജിയുള്ള ഒരു വലിയ അപ്പർച്ചർ നിയോഡൈമിയം ഗ്ലാസ് ലേസർ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
അൾട്രാ-വൈഡ്ബാൻഡ് ഫേസ് മാച്ചിംഗ് പല ക്രിസ്റ്റലുകളിലും വ്യാപകമായി കാണപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ OPCPA ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് ലേസറുകളിലും ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു. പത്ത് സെന്റീമീറ്റർ അപ്പർച്ചർ വരെ വളർത്താൻ കഴിയുന്നതും അതേ സമയം മൾട്ടി-പിഡബ്ല്യു പവറിന്റെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷനെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിന് സ്വീകാര്യമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങളുള്ളതുമായ ഒരേയൊരു മെറ്റീരിയൽ പ്രായോഗികമായി കാണപ്പെടുന്നതിനാൽ DKDP ക്രിസ്റ്റലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.ലേസറുകൾ. ND ഗ്ലാസ് ലേസറിന്റെ ഇരട്ട ഫ്രീക്വൻസി ലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് DKDP ക്രിസ്റ്റൽ പമ്പ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ആംപ്ലിഫൈഡ് പൾസിന്റെ കാരിയർ തരംഗദൈർഘ്യം 910 nm ആണെങ്കിൽ, വേവ് വെക്റ്റർ പൊരുത്തക്കേടിന്റെ ടെയ്‌ലർ വികാസത്തിന്റെ ആദ്യ മൂന്ന് പദങ്ങൾ 0 ആണെന്ന് കണ്ടെത്തി.
ചിത്രം 1, XCELS ലേസർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഒരു സ്കീമാറ്റിക് ലേഔട്ടാണ്. മുൻഭാഗം 910 nm (ചിത്രം 1-ൽ 1.3) കേന്ദ്ര തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ചിർപ്പ്ഡ് ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകളും OPCPA പമ്പ് ചെയ്ത ലേസറിലേക്ക് (ചിത്രം 1-ൽ 1.1 ഉം 1.2 ഉം) കുത്തിവച്ച 1054 nm നാനോസെക്കൻഡ് പൾസുകളും സൃഷ്ടിച്ചു. മുൻഭാഗം ഈ പൾസുകളുടെ സമന്വയവും ആവശ്യമായ ഊർജ്ജവും സ്പേഷ്യോടെമ്പറൽ പാരാമീറ്ററുകളും ഉറപ്പാക്കുന്നു. ഉയർന്ന ആവർത്തന നിരക്കിൽ (1 Hz) പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഇന്റർമീഡിയറ്റ് OPCPA, ചിർപ്പ്ഡ് പൾസിനെ പതിനായിരക്കണക്കിന് ജൂളുകളായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു (ചിത്രം 1-ൽ 2). ബൂസ്റ്റർ OPCPA ഉപയോഗിച്ച് പൾസ് ഒരു കിലോജൂൾ ബീമായി കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും 12 സമാനമായ സബ്-ബീമുകളായി വിഭജിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 1-ൽ 4). അവസാന 12 OPCPA-യിൽ, 12 ചിർപ്പ്ഡ് ലൈറ്റ് പൾസുകളിൽ ഓരോന്നും കിലോജൂൾ ലെവലിലേക്ക് (ചിത്രം 1-ൽ 5) വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും തുടർന്ന് 12 കംപ്രഷൻ ഗ്രേറ്റിംഗുകൾ (ചിത്രം 1-ൽ 6 ന്റെ GC) ഉപയോഗിച്ച് കംപ്രസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗ്രൂപ്പ് പ്രവേഗ ഡിസ്‌പ്രഷനും ഉയർന്ന ഓർഡർ ഡിസ്‌പ്രഷനും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് മുൻവശത്ത് അക്കോസ്റ്റോ-ഒപ്റ്റിക് പ്രോഗ്രാമബിൾ ഡിസ്‌പ്രഷൻ ഫിൽട്ടർ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതുവഴി സാധ്യമായ ഏറ്റവും ചെറിയ പൾസ് വീതി ലഭിക്കും. പൾസ് സ്പെക്ട്രത്തിന് ഏകദേശം 12-ാം ഓർഡർ സൂപ്പർഗോസിന്റെ ആകൃതിയുണ്ട്, പരമാവധി മൂല്യത്തിന്റെ 1% ലെ സ്പെക്ട്രൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 150 nm ആണ്, ഇത് ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്‌ഫോം പരിധി പൾസ് വീതി 17 fs ന് തുല്യമാണ്. അപൂർണ്ണമായ ഡിസ്‌പ്രഷൻ നഷ്ടപരിഹാരവും പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫയറുകളിലെ നോൺ-ലീനിയർ ഫേസ് നഷ്ടപരിഹാരത്തിന്റെ ബുദ്ധിമുട്ടും കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന പൾസ് വീതി 20 fs ആണ്.
XCELS ലേസർ രണ്ട് 8-ചാനൽ UFL-2M നിയോഡൈമിയം ഗ്ലാസ് ലേസർ ഫ്രീക്വൻസി ഡബിൾ ചെയ്യുന്ന മൊഡ്യൂളുകൾ (ചിത്രം 1 ൽ 3) ഉപയോഗിക്കും, അതിൽ 13 ചാനലുകൾ ബൂസ്റ്റർ OPCPA പമ്പ് ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കും, 12 അന്തിമ OPCPA പമ്പ് ചെയ്യും. ശേഷിക്കുന്ന മൂന്ന് ചാനലുകൾ സ്വതന്ത്ര നാനോസെക്കൻഡ് കിലോജൂൾ പൾസ് ആയി ഉപയോഗിക്കും.ലേസർ സ്രോതസ്സുകൾമറ്റ് പരീക്ഷണങ്ങൾക്ക്. DKDP ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ബ്രേക്ക്ഡൌൺ പരിധിയാൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു, പമ്പ് ചെയ്ത പൾസിന്റെ വികിരണ തീവ്രത ഓരോ ചാനലിനും 1.5 GW/cm2 ആയി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ദൈർഘ്യം 3.5 ns ആണ്.
XCELS ലേസറിന്റെ ഓരോ ചാനലും 50 PW പവർ ഉള്ള പൾസുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ആകെ 12 ചാനലുകൾ 600 PW ന്റെ മൊത്തം ഔട്ട്പുട്ട് പവർ നൽകുന്നു. പ്രധാന ടാർഗെറ്റ് ചേമ്പറിൽ, അനുയോജ്യമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഓരോ ചാനലിന്റെയും പരമാവധി ഫോക്കസിംഗ് തീവ്രത 0.44×1025 W/cm2 ആണ്, ഫോക്കസിംഗിനായി F/1 ഫോക്കസിംഗ് ഘടകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുവെന്ന് അനുമാനിക്കാം. പോസ്റ്റ്-കംപ്രഷൻ ടെക്നിക് ഉപയോഗിച്ച് ഓരോ ചാനലിന്റെയും പൾസ് 2.6 fs ആയി കൂടുതൽ കംപ്രസ് ചെയ്താൽ, 2.0×1025 W/cm2 എന്ന പ്രകാശ തീവ്രതയ്ക്ക് അനുസൃതമായി അനുബന്ധ ഔട്ട്പുട്ട് പൾസ് പവർ 230 PW ആയി വർദ്ധിക്കും.
കൂടുതൽ പ്രകാശ തീവ്രത കൈവരിക്കുന്നതിന്, 600 PW ഔട്ട്‌പുട്ടിൽ, ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 12 ചാനലുകളിലെ പ്രകാശ പൾസുകൾ വിപരീത ദ്വിധ്രുവ വികിരണത്തിന്റെ ജ്യാമിതിയിൽ കേന്ദ്രീകരിക്കും. ഓരോ ചാനലിലെയും പൾസ് ഘട്ടം ലോക്ക് ചെയ്തിട്ടില്ലെങ്കിൽ, ഫോക്കസ് തീവ്രത 9×1025 W/cm2-ൽ എത്താം. ഓരോ പൾസ് ഘട്ടവും ലോക്ക് ചെയ്ത് സമന്വയിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, ഫലമായുണ്ടാകുന്ന പ്രകാശ തീവ്രത 3.2×1026 W/cm2 ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കും. പ്രധാന ലക്ഷ്യ മുറിക്ക് പുറമേ, XCELS പദ്ധതിയിൽ 10 ഉപയോക്തൃ ലബോറട്ടറികൾ വരെ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഓരോന്നിനും പരീക്ഷണങ്ങൾക്കായി ഒന്നോ അതിലധികമോ ബീമുകൾ ലഭിക്കുന്നു. വളരെ ശക്തമായ ഈ പ്രകാശ മണ്ഡലം ഉപയോഗിച്ച്, XCELS പദ്ധതി നാല് വിഭാഗങ്ങളിലായി പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്താൻ പദ്ധതിയിടുന്നു: തീവ്രമായ ലേസർ ഫീൽഡുകളിലെ ക്വാണ്ടം ഇലക്ട്രോഡൈനാമിക്സ് പ്രക്രിയകൾ; കണങ്ങളുടെ ഉൽപാദനവും ത്വരിതപ്പെടുത്തലും; ദ്വിതീയ വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണത്തിന്റെ ഉത്പാദനം; ലബോറട്ടറി ജ്യോതിശാസ്ത്രം, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത പ്രക്രിയകൾ, ഡയഗ്നോസ്റ്റിക് ഗവേഷണം.
ചിത്രം 2 പ്രധാന ടാർഗെറ്റ് ചേമ്പറിൽ ഫോക്കസിംഗ് ജ്യാമിതി. വ്യക്തതയ്ക്കായി, ബീം 6 ന്റെ പാരബോളിക് മിറർ സുതാര്യമായി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് ബീമുകൾ രണ്ട് ചാനലുകൾ 1 ഉം 7 ഉം മാത്രമേ കാണിക്കുന്നുള്ളൂ.
പരീക്ഷണാത്മക കെട്ടിടത്തിലെ XCELS ലേസർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഓരോ പ്രവർത്തന മേഖലയുടെയും സ്പേഷ്യൽ ലേഔട്ട് ചിത്രം 3 കാണിക്കുന്നു. വൈദ്യുതി, വാക്വം പമ്പുകൾ, ജലശുദ്ധീകരണം, ശുദ്ധീകരണം, എയർ കണ്ടീഷനിംഗ് എന്നിവ ബേസ്മെന്റിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. മൊത്തം നിർമ്മാണ വിസ്തീർണ്ണം 24,000 ചതുരശ്ര മീറ്ററിൽ കൂടുതലാണ്. മൊത്തം വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം ഏകദേശം 7.5 മെഗാവാട്ട് ആണ്. പരീക്ഷണാത്മക കെട്ടിടത്തിൽ ഒരു ആന്തരിക പൊള്ളയായ മൊത്തത്തിലുള്ള ഫ്രെയിമും ഒരു ബാഹ്യ വിഭാഗവും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഓരോന്നും രണ്ട് വിഘടിച്ച അടിത്തറകളിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. വൈബ്രേഷൻ-ഐസൊലേറ്റഡ് ഫൗണ്ടേഷനിൽ വാക്വം, മറ്റ് വൈബ്രേഷൻ-ഇൻഡ്യൂസിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഫൗണ്ടേഷനിലൂടെയും പിന്തുണയിലൂടെയും ലേസർ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് പകരുന്ന അസ്വസ്ഥതയുടെ വ്യാപ്തി 1-200 Hz എന്ന ആവൃത്തി ശ്രേണിയിൽ 10-10 g2/Hz-ൽ താഴെയായി കുറയുന്നു. കൂടാതെ, ഗ്രൗണ്ടിന്റെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഡ്രിഫ്റ്റ് വ്യവസ്ഥാപിതമായി നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി ലേസർ ഹാളിൽ ജിയോഡെസിക് റഫറൻസ് മാർക്കറുകളുടെ ഒരു ശൃംഖല സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
വളരെ ഉയർന്ന പീക്ക് പവർ ലേസറുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു വലിയ ശാസ്ത്ര ഗവേഷണ സൗകര്യം സൃഷ്ടിക്കുക എന്നതാണ് XCELS പ്രോജക്റ്റിന്റെ ലക്ഷ്യം. XCELS ലേസർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഒരു ചാനൽ 1024 W/cm2 നേക്കാൾ നിരവധി മടങ്ങ് കൂടുതൽ ഫോക്കസ് ചെയ്ത പ്രകാശ തീവ്രത നൽകിയേക്കാം, ഇത് പോസ്റ്റ്-കംപ്രഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് 1025 W/cm2 കവിയാൻ കഴിയും. ലേസർ സിസ്റ്റത്തിലെ 12 ചാനലുകളിൽ നിന്നുള്ള ദ്വിധ്രുവ-ഫോക്കസിംഗ് പൾസുകൾ വഴി, പോസ്റ്റ്-കംപ്രഷനും ഫേസ് ലോക്കിംഗും ഇല്ലാതെ പോലും 1026 W/cm2 ന് അടുത്തുള്ള തീവ്രത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ചാനലുകൾ തമ്മിലുള്ള ഘട്ടം സമന്വയം ലോക്ക് ചെയ്തിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, പ്രകാശ തീവ്രത നിരവധി മടങ്ങ് കൂടുതലായിരിക്കും. ഈ റെക്കോർഡ് തകർക്കുന്ന പൾസ് തീവ്രതകളും മൾട്ടി-ചാനൽ ബീം ലേഔട്ടും ഉപയോഗിച്ച്, ഭാവിയിലെ XCELS സൗകര്യത്തിന് വളരെ ഉയർന്ന തീവ്രത, സങ്കീർണ്ണമായ പ്രകാശ ഫീൽഡ് വിതരണങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്താനും മൾട്ടി-ചാനൽ ലേസർ ബീമുകളും ദ്വിതീയ വികിരണവും ഉപയോഗിച്ച് ഇടപെടലുകൾ നിർണ്ണയിക്കാനും കഴിയും. സൂപ്പർ-സ്ട്രോങ്ങ് ഇലക്ട്രോമാഗ്നറ്റിക് ഫീൽഡ് പരീക്ഷണാത്മക ഭൗതികശാസ്ത്ര മേഖലയിൽ ഇത് ഒരു സവിശേഷ പങ്ക് വഹിക്കും.
പോസ്റ്റ് സമയം: മാർച്ച്-26-2024