சமீபத்தில், ரஷ்ய அறிவியல் அகாடமியின் பயன்பாட்டு இயற்பியல் நிறுவனம், அதிதீவிர ஒளியை அடிப்படையாகக் கொண்ட பெரிய அறிவியல் சாதனங்களுக்கான ஒரு ஆராய்ச்சித் திட்டமான, எக்ஸாவாட் அதிதீவிர ஒளி ஆய்வு மையத்தை (XCELS) அறிமுகப்படுத்தியது.உயர் சக்தி லேசர்கள்இந்தத் திட்டத்தில் மிகவும்உயர் சக்தி லேசர்பெரிய துளை கொண்ட பொட்டாசியம் டைடியூட்டீரியம் பாஸ்பேட் (DKDP, வேதியியல் சூத்திரம் KD2PO4) படிகங்களில், ஒளியியல் பாராமெட்ரிக் சிர்ப்டு பல்ஸ் ஆம்ப்ளிஃபிகேஷன் தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு, 600 PW உச்ச சக்தி கொண்ட துடிப்புகளின் மொத்த வெளியீட்டை இது எதிர்பார்க்கிறது. இந்த ஆய்வு, XCELS திட்டம் மற்றும் அதன் லேசர் அமைப்புகள் பற்றிய முக்கியமான விவரங்களையும் ஆராய்ச்சி முடிவுகளையும் வழங்குகிறது; மேலும், அதி-வலிமையான ஒளிப்புல இடைவினைகள் தொடர்பான பயன்பாடுகளையும் சாத்தியமான தாக்கங்களையும் விவரிக்கிறது.
XCELS திட்டம் 2011-ல், உச்சபட்ச ஆற்றலை அடையும் ஆரம்ப இலக்குடன் முன்மொழியப்பட்டது.லேசர்200 PW துடிப்பு வெளியீடு, தற்போது 600 PW ஆக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இதன்லேசர் அமைப்புமூன்று முக்கிய தொழில்நுட்பங்களைச் சார்ந்துள்ளது:
(1) பாரம்பரிய சிர்ப்டு பல்ஸ் ஆம்ப்ளிஃபிகேஷன் (சிர்ப்டு பல்ஸ் ஆம்ப்ளிஃபிகேஷன், OPCPA) தொழில்நுட்பத்திற்குப் பதிலாக ஆப்டிகல் பாராமெட்ரிக் சிர்ப்டு பல்ஸ் ஆம்ப்ளிஃபிகேஷன் (OPCPA) தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது;
(2) DKDP ஐ ஆதாய ஊடகமாகப் பயன்படுத்தி, 910 nm அலைநீளத்திற்கு அருகில் மிக அகலமான அலைவரிசை கட்டப் பொருத்தம் உணரப்படுகிறது;
(3) ஆயிரக்கணக்கான ஜூல்கள் துடிப்பு ஆற்றல் கொண்ட ஒரு பெரிய துளை நியோடைமியம் கண்ணாடி லேசர் ஒரு பாராமெட்ரிக் பெருக்கியை இயக்கப் பயன்படுகிறது.
அதி அகலப்பட்டை கட்டப் பொருத்தம் பல படிகங்களில் பரவலாகக் காணப்படுகிறது மற்றும் OPCPA ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நடைமுறையில் காணப்படும் பொருட்களிலேயே, பல பத்து சென்டிமீட்டர் துளைக்கு வளர்க்கக்கூடியதாகவும், அதே நேரத்தில் பல-PW ஆற்றலின் பெருக்கத்தை ஆதரிக்க ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய ஒளியியல் பண்புகளைக் கொண்டதாகவும் இருப்பது DKDP படிகங்கள் என்பதால் அவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.லேசர்கள்ND கண்ணாடி லேசரின் இரட்டை அதிர்வெண் ஒளியால் DKDP படிகம் தூண்டப்படும்போது, பெருக்கப்பட்ட துடிப்பின் கேரியர் அலைநீளம் 910 nm ஆக இருந்தால், அலை திசையன் பொருத்தமின்மையின் டெய்லர் விரிவாக்கத்தின் முதல் மூன்று பதங்கள் 0 ஆக இருப்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது.
படம் 1 என்பது XCELS லேசர் அமைப்பின் ஒரு திட்ட வரைபடமாகும். முன்முனையானது, 910 nm மைய அலைநீளம் கொண்ட சிர்ர்டு ஃபெம்டோசெகண்ட் துடிப்புகளையும் (படம் 1-இல் 1.3) மற்றும் OPCPA-வால் இயக்கப்படும் லேசருக்குள் செலுத்தப்படும் 1054 nm நானோசெகண்ட் துடிப்புகளையும் (படம் 1-இல் 1.1 மற்றும் 1.2) உருவாக்கியது. இந்தத் துடிப்புகளின் ஒத்திசைவையும், தேவையான ஆற்றல் மற்றும் இட-கால அளவுருக்களையும் முன்முனை உறுதி செய்கிறது. அதிக மறுநிகழ்வு விகிதத்தில் (1 Hz) இயங்கும் ஒரு இடைநிலை OPCPA, சிர்ர்டு துடிப்பைப் பல்லாயிரக்கணக்கான ஜூல்களாகப் பெருக்குகிறது (படம் 1-இல் 2). இந்தத் துடிப்பு, பூஸ்டர் OPCPA-வால் மேலும் பெருக்கப்பட்டு ஒரு கிலோஜூல் கற்றையாக மாற்றப்பட்டு, 12 ஒரே மாதிரியான துணைக்கற்றைகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது (படம் 1-இல் 4). இறுதி 12 OPCPA-வில், 12 சிர்ர்டு ஒளித் துடிப்புகளில் ஒவ்வொன்றும் கிலோஜூல் நிலைக்கு (படம் 1-இல் 5) பெருக்கப்பட்டு, பின்னர் 12 அமுக்கக் கீற்றுகளால் (படம் 1-இல் GC 6) அமுக்கப்படுகிறது. மிகச்சிறிய சாத்தியமான துடிப்பு அகலத்தைப் பெறுவதற்காக, குழு திசைவேகச் சிதறல் மற்றும் உயர் வரிசைச் சிதறலைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த, முன்முனையில் ஒலி-ஒளி நிரல்படுத்தக்கூடிய சிதறல் வடிகட்டி பயன்படுத்தப்படுகிறது. துடிப்பு நிறமாலை ஏறக்குறைய 12-ஆம் வரிசை சூப்பர்காஸ் வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதன் அதிகபட்ச மதிப்பில் 1%-இல் நிறமாலை அலைவரிசை அகலம் 150 nm ஆகும், இது 17 fs என்ற ஃபோரியர் உருமாற்ற வரம்பு துடிப்பு அகலத்திற்கு ஒத்திருக்கிறது. முழுமையற்ற சிதறல் ஈடுசெய்தல் மற்றும் அளவுரு பெருக்கிகளில் உள்ள நேரியல் அல்லாத கட்ட ஈடுசெய்தலின் சிரமம் ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு, எதிர்பார்க்கப்படும் துடிப்பு அகலம் 20 fs ஆகும்.
XCELS லேசர், இரண்டு 8-சேனல் UFL-2M நியோடைமியம் கண்ணாடி லேசர் அதிர்வெண் இரட்டிப்புத் தொகுதிகளைப் (படம் 1-இல் 3) பயன்படுத்தும். இவற்றில், 13 சேனல்கள் பூஸ்டர் OPCPA-வையும், 12 இறுதி OPCPA-வையும் இயக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படும். மீதமுள்ள மூன்று சேனல்கள், தனித்த நானோநொடி கிலோஜூல் துடிப்புடையவையாகப் பயன்படுத்தப்படும்.லேசர் மூலங்கள்மற்ற சோதனைகளுக்கு, DKDP படிகங்களின் ஒளியியல் சிதைவு வரம்பினால் கட்டுப்படுத்தப்பட்டு, செலுத்தப்பட்ட துடிப்பின் கதிர்வீச்சுச் செறிவு ஒவ்வொரு சேனலுக்கும் 1.5 GW/cm² ஆகவும், அதன் கால அளவு 3.5 ns ஆகவும் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
XCELS லேசரின் ஒவ்வொரு சேனலும் 50 PW திறன் கொண்ட துடிப்புகளை உருவாக்குகிறது. மொத்தம் 12 சேனல்கள் 600 PW மொத்த வெளியீட்டுத் திறனை வழங்குகின்றன. முக்கிய இலக்கு அறையில், F/1 குவியக் கூறுகள் குவியப்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்று கருதி, சிறந்த சூழ்நிலைகளில் ஒவ்வொரு சேனலின் அதிகபட்ச குவியச் செறிவு 0.44×10²⁵ W/cm² ஆகும். ஒவ்வொரு சேனலின் துடிப்பும் பிந்தைய அமுக்க நுட்பத்தின் மூலம் 2.6 fs ஆக மேலும் அமுக்கப்பட்டால், அதற்கேற்ற வெளியீட்டுத் துடிப்புத் திறன் 230 PW ஆக அதிகரிக்கும், இது 2.0×10²⁵ W/cm² ஒளிச் செறிவுக்குச் சமமாகும்.
அதிக ஒளிச்செறிவை அடைவதற்காக, 600 PW வெளியீட்டில், படம் 2-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 12 சேனல்களில் உள்ள ஒளித் துடிப்புகள் நேர்மாறு இருமுனைக் கதிர்வீச்சின் வடிவவியலில் குவிக்கப்படும். ஒவ்வொரு சேனலிலும் துடிப்பின் கட்டம் பூட்டப்படாதபோது, குவியச் செறிவு 9×10²⁵ W/cm²-ஐ அடையலாம். ஒவ்வொரு துடிப்பின் கட்டமும் பூட்டப்பட்டு ஒத்திசைக்கப்பட்டால், அதன் விளைவாக ஏற்படும் ஒருங்கிணைந்த ஒளிச்செறிவு 3.2×10²⁶ W/cm² ஆக அதிகரிக்கும். பிரதான இலக்கு அறைக்குக் கூடுதலாக, XCELS திட்டத்தில் 10 பயனர் ஆய்வகங்கள் வரை உள்ளன; அவற்றில் ஒவ்வொன்றும் சோதனைகளுக்காக ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட கற்றைகளைப் பெறுகின்றன. இந்த மிகவும் வலிமையான ஒளிப்புலத்தைப் பயன்படுத்தி, XCELS திட்டம் நான்கு பிரிவுகளில் சோதனைகளை மேற்கொள்ளத் திட்டமிட்டுள்ளது: தீவிர லேசர் புலங்களில் குவாண்டம் மின்காந்தவியல் செயல்முறைகள்; துகள்களின் உற்பத்தி மற்றும் முடுக்கம்; இரண்டாம் நிலை மின்காந்தக் கதிர்வீச்சின் உருவாக்கம்; ஆய்வக வானியற்பியல், உயர் ஆற்றல் அடர்த்தி செயல்முறைகள் மற்றும் நோயறிதல் ஆராய்ச்சி.
படம் 2. பிரதான இலக்கு அறையில் குவியும் வடிவியல். தெளிவுக்காக, கற்றை 6-இன் பரவளையக் கண்ணாடி ஒளிபுகும் வகையில் அமைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் உள்ளீட்டு மற்றும் வெளியீட்டுக் கற்றைகள் சேனல்கள் 1 மற்றும் 7 ஆகிய இரண்டை மட்டுமே காட்டுகின்றன.
படம் 3, சோதனை கட்டிடத்தில் உள்ள XCELS லேசர் அமைப்பின் ஒவ்வொரு செயல்பாட்டுப் பகுதியின் இடஞ்சார்ந்த அமைப்பைக் காட்டுகிறது. மின்சாரம், வெற்றிட பம்புகள், நீர் சுத்திகரிப்பு மற்றும் குளிரூட்டல் ஆகியவை அடித்தளத்தில் அமைந்துள்ளன. மொத்த கட்டுமானப் பரப்பளவு 24,000 மீ²-க்கும் அதிகமாகும். மொத்த மின் நுகர்வு சுமார் 7.5 மெகாவாட் ஆகும். சோதனை கட்டிடம், ஒரு உள்ளக உள்ளீடற்ற ஒட்டுமொத்த சட்டகம் மற்றும் ஒரு வெளிப்புறப் பகுதியைக் கொண்டுள்ளது; இவை ஒவ்வொன்றும் இரண்டு பிரிக்கப்பட்ட அடித்தளங்களின் மீது கட்டப்பட்டுள்ளன. வெற்றிடம் மற்றும் பிற அதிர்வைத் தூண்டும் அமைப்புகள், அதிர்வு-தடுப்பு அடித்தளத்தில் நிறுவப்பட்டுள்ளன. இதன் மூலம், அடித்தளம் மற்றும் ஆதரவு வழியாக லேசர் அமைப்புக்கு அனுப்பப்படும் இடையூறின் வீச்சு, 1-200 ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண் வரம்பில் 10⁻¹⁰ g²/Hz-க்கும் குறைவாகக் குறைக்கப்படுகிறது. மேலும், நிலம் மற்றும் உபகரணங்களின் நகர்வை முறையாகக் கண்காணிக்க, லேசர் கூடத்தில் புவிசார் குறிப்பு அடையாளங்களின் வலையமைப்பு ஒன்று அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
XCELS திட்டமானது, மிக அதிக உச்ச ஆற்றல் கொண்ட லேசர்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒரு பெரிய அறிவியல் ஆராய்ச்சி மையத்தை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. XCELS லேசர் அமைப்பின் ஒரு சேனல், 10²⁴ W/cm²-ஐ விடப் பல மடங்கு அதிகக் குவிக்கப்பட்ட ஒளிச்செறிவை வழங்கக்கூடும்; பிந்தைய அமுக்கத் தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் இதை மேலும் 10²⁵ W/cm² வரை அதிகரிக்க முடியும். லேசர் அமைப்பில் உள்ள 12 சேனல்களிலிருந்து வரும் துடிப்புகளை இருமுனை-குவிப்பு செய்வதன் மூலம், பிந்தைய அமுக்கம் மற்றும் கட்டப் பூட்டுதல் இல்லாமலேயே 10²⁶ W/cm²-க்கு நெருக்கமான ஒளிச்செறிவை அடைய முடியும். சேனல்களுக்கு இடையேயான கட்ட ஒத்திசைவு பூட்டப்பட்டால், ஒளிச்செறிவு பல மடங்கு அதிகமாக இருக்கும். இந்தச் சாதனை படைக்கும் துடிப்புச் செறிவுகளையும், பல-சேனல் கற்றை அமைப்பையும் பயன்படுத்தி, எதிர்கால XCELS மையமானது, மிக அதிகச் செறிவு, சிக்கலான ஒளிப்புலப் பரவல்கள் கொண்ட சோதனைகளைச் செய்யவும், பல-சேனல் லேசர் கற்றைகள் மற்றும் இரண்டாம் நிலைக் கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்தி இடைவினைகளைக் கண்டறியவும் இயலும். இது மீவலிமையான மின்காந்தப் புலச் சோதனை இயற்பியல் துறையில் ஒரு தனித்துவமான பங்கை வகிக்கும்.
பதிவிட்ட நேரம்: மார்ச் 26, 2024