يېقىندا، رۇسىيە پەنلەر ئاكادېمىيىسى قوللىنىشچان فىزىكا ئىنستىتۇتى ئىنتايىن كۈچلۈك نۇر تەتقىقات مەركىزى (XCELS) نى تونۇشتۇردى، بۇ ئىنتايىن كۈچلۈك نۇرغا ئاساسلانغان چوڭ ئىلمىي ئۈسكۈنىلەرنى تەتقىق قىلىش پروگراممىسى.يۇقىرى قۇۋۋەتلىك لازېرلاربۇ لايىھە ناھايىتى كۆپ قۇرۇلۇشنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.يۇقىرى قۇۋۋەتلىك لازېرچوڭ دىئافراگما كالىي دىدېتېرىي فوسفات (DKDP، خىمىيىلىك فورمۇلا KD2PO4) كىرىستاللىرىدىكى ئوپتىكىلىق پارامېتىرلىق چىرقىرىغان ئىمپۇلس كۈچەيتىش تېخنىكىسىغا ئاساسلانغان بولۇپ، ئومۇمىي چىقىرىش مىقدارى 600 PW چوققا قۇۋۋەت ئىمپۇلسى بولۇشى مۆلچەرلەنمەكتە. بۇ ئەسەر XCELS تۈرى ۋە ئۇنىڭ لازېر سىستېمىسى ھەققىدىكى مۇھىم تەپسىلاتلار ۋە تەتقىقات نەتىجىلىرىنى تەمىنلەيدۇ، ئۇلترا كۈچلۈك نۇر مەيدانى ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىش بىلەن مۇناسىۋەتلىك قوللىنىشچان پروگراممىلار ۋە مۇمكىن بولغان تەسىرلەرنى بايان قىلىدۇ.
XCELS پروگراممىسى 2011-يىلى ئوتتۇرىغا قويۇلغان بولۇپ، دەسلەپكى مەقسەت ئەڭ يۇقىرى ئېنېرگىيە كۈچىگە ئېرىشىش ئىدى.لازېرئىمپۇلس چىقىرىش قۇۋۋىتى 200 PW بولۇپ، ھازىر 600 PW غا كۆتۈرۈلدى. ئۇنىڭلازېر سىستېمىسىئۈچ ئاساسلىق تېخنىكىغا تايىنىدۇ:
(1) ئەنئەنىۋى چىرپېد پۇلس كۈچەيتىش (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA) تېخنىكىسىنىڭ ئورنىغا ئوپتىكىلىق پارامېتىرلىق چىرپېد پۇلس كۈچەيتىش (OPCPA) تېخنىكىسى قوللىنىلىدۇ؛
(2) DKDP نى كۈچەيتىش ۋاسىتىسى قىلىپ ئىشلەتكەندە، 910 نانومېتىر دولقۇن ئۇزۇنلۇقىغا يېقىن ئۇلترا كەڭ بەلباغلىق باسقۇچ ماسلىشىشى ئەمەلگە ئاشۇرۇلىدۇ؛
(3) پارامېتىرلىق كۈچەيتكۈچنى پومپا قىلىش ئۈچۈن مىڭلىغان جوئۇل ئىمپۇلس ئېنېرگىيەسىگە ئىگە چوڭ دىئافراگما نېئودىمىي ئەينەك لازېرى ئىشلىتىلىدۇ.
كەڭ بەلباغلىق باسقۇچ ماسلاشتۇرۇش نۇرغۇن كىرىستاللاردا كەڭ قوللىنىلىدۇ ۋە OPCPA فېمتوسېكۇند لازېرلىرىدا ئىشلىتىلىدۇ. DKDP كىرىستاللىرى ئەمەلىيەتتە ئون سانتىمېتىر دىئافراگماغىچە ئۆستۈرگىلى بولىدىغان بىردىنبىر ماتېرىيال بولغاچقا، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا كۆپ PW قۇۋۋىتىنى كۈچەيتىشنى قوللايدىغان قوبۇل قىلغىلى بولىدىغان ئوپتىكىلىق خۇسۇسىيەتكە ئىگە بولغاچقا ئىشلىتىلىدۇ.لازېرلارDKDP كىرىستالى ND ئەينەك لازېرىنىڭ قوش چاستوتا نۇرى بىلەن پومپىلانغاندا، ئەگەر كۈچەيتىلگەن ئىمپۇلسنىڭ توشۇغۇچى دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 910 نانومېتىر بولسا، تېيلور كېڭىيىش دولقۇن ۋېكتورى ماس كەلمەسلىكىنىڭ دەسلەپكى ئۈچ ئەزاسى 0 ئىكەنلىكى بايقالدى.
1-رەسىم XCELS لازېر سىستېمىسىنىڭ سىخېماتىك ئورۇنلاشتۇرۇلۇشى. ئالدى تەرەپ 910 nm (1-رەسىمدە 1.3) مەركىزىي دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى چىرقىرىغان فېمتوسېكۇند ئىمپۇلس ۋە OPCPA پومپا لازېرىغا كىرگۈزۈلگەن 1054 nm نانوسېكۇند ئىمپۇلسلارنى ھاسىل قىلغان (1-رەسىمدە 1.1 ۋە 1.2). ئالدى تەرەپ يەنە بۇ ئىمپۇلسلارنىڭ ماسلىشىشىنى، شۇنداقلا تەلەپ قىلىنىدىغان ئېنېرگىيە ۋە بوشلۇق-ۋاقىت پارامېتىرلىرىنى كاپالەتلەندۈرىدۇ. يۇقىرى تەكرارلىنىش سۈرئىتىدە (1 Hz) ئىشلەيدىغان ئارىلىق OPCPA چىرقىرىغان ئىمپۇلسنى ئون نەچچە جولغا كۈچەيتىدۇ (1-رەسىمدە 2). ئىمپۇلس Booster OPCPA تەرىپىدىن بىر كىلوجوئۇل نۇرغا كۈچەيتىلىدۇ ۋە 12 ئوخشاش تارماق نۇرغا بۆلۈنىدۇ (1-رەسىمدە 4). ئاخىرقى 12 OPCPA دا، 12 چىرقىرىغان يورۇقلۇق ئىمپۇلسىنىڭ ھەر بىرى كىلوجوئۇل سەۋىيەسىگە كۈچەيتىلىدۇ (1-رەسىمدە 5) ۋە ئاندىن 12 سىقىش رېشاتكىسى ئارقىلىق سىقىلىدۇ (1-رەسىمدە 6 نىڭ GC سىقىلىشى). ئاكۇستو-ئوپتىك پروگراممىلىغىلى بولىدىغان تارقىلىش سۈزگۈچ ئالدى تەرەپتە گۇرۇپپا سۈرئىتى تارقىلىشى ۋە يۇقىرى تەرتىپلىك تارقىلىشنى ئېنىق كونترول قىلىش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ، بۇنىڭ بىلەن ئىمپۇلس كەڭلىكى ئەڭ كىچىك بولىدۇ. ئىمپۇلس سپېكتىرىنىڭ شەكلى دېگۈدەك 12-دەرىجىلىك دەرىجىدىن تاشقىرى گاۋس شەكلىدە بولۇپ، ئەڭ چوڭ قىممەتنىڭ %1 دىكى سپېكتىرلىق بەلباغ كەڭلىكى 150 نانومېتىر بولۇپ، 17 fs لىق فۇرې ئۆزگەرتىش چەكلىمىسى ئىمپۇلس كەڭلىكىگە ماس كېلىدۇ. پارامېتىرلىق كۈچەيتكۈچلەردە تولۇقسىز تارقىلىش تولۇقلىمىسىنى ۋە سىزىقسىز باسقۇچلۇق تولۇقلىمىنىڭ قىيىنلىقىنى ئويلاشقاندا، كۈتۈلگەن ئىمپۇلس كەڭلىكى 20 fs.
XCELS لازېرى ئىككى دانە 8 قاناللىق UFL-2M نېئودىمىيەلىك ئەينەك لازېر چاستوتا قوش مودۇلىنى ئىشلىتىدۇ (1-رەسىمدىكى 3)، بۇنىڭ ئىچىدىكى 13 قانال Booster OPCPA نى پومپىلاش ۋە 12 قانال ئاخىرقى OPCPA نى پومپىلاش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ. قالغان ئۈچ قانال مۇستەقىل نانوسېكۇنت كىلوجوئۇل ئىمپۇلس سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ.لازېر مەنبەلىرىباشقا تەجرىبىلەر ئۈچۈن. DKDP كىرىستاللىرىنىڭ ئوپتىكىلىق پارچىلىنىش چېكى بىلەن چەكلىنىپ، پومپىلانغان ئىمپۇلسنىڭ نۇرلىنىش كۈچلۈكلۈكى ھەر بىر قانال ئۈچۈن 1.5 GW/cm2 قىلىپ بېكىتىلىدۇ، داۋاملىشىش ۋاقتى 3.5 ns.
XCELS لازېرنىڭ ھەر بىر قانىلى 50 PW قۇۋۋەتلىك ئىمپۇلس ھاسىل قىلىدۇ. جەمئىي 12 قانال 600 PW ئومۇمىي چىقىرىش قۇۋۋىتى بىلەن تەمىنلەيدۇ. ئاساسلىق نىشان كامېراسىدا، F/1 فوكۇسلاش ئېلېمېنتلىرى فوكۇسلاش ئۈچۈن ئىشلىتىلگەن دەپ پەرەز قىلساق، ھەر بىر قانالنىڭ ئەڭ چوڭ فوكۇسلاش كۈچلۈكلۈكى ئەڭ ياخشى شارائىتتا 0.44 × 1025 W/cm2 بولىدۇ. ئەگەر ھەر بىر قانالنىڭ ئىمپۇلسى كېيىنكى سىقىش تېخنىكىسى ئارقىلىق 2.6 fs غىچە سىقىلسا، ماس كېلىدىغان چىقىرىش ئىمپۇلس قۇۋۋىتى 230 PW غا يەتكۈزۈلىدۇ، بۇ 2.0 × 1025 W/cm2 يورۇقلۇق كۈچلۈكلۈكىگە ماس كېلىدۇ.
600 PW چىقىرىش كۈچىدە، 12 قانالدىكى نۇر ئىمپۇلسلىرى 2-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، تەتۈر دىپول نۇرلىنىش گېئومېتىرىيەسىگە مەركەزلىشىدۇ. ھەر بىر قانالدىكى ئىمپۇلس باسقۇچى قۇلۇپلانمىغاندا، مەركەزلىشىش كۈچلۈكلۈكى 9 × 1025 W/cm2 غا يېتىشى مۇمكىن. ئەگەر ھەر بىر ئىمپۇلس باسقۇچى قۇلۇپلىنىپ، ماسلاشتۇرۇلسا، نەتىجىدە ھاسىل بولغان ماس كېلىدىغان نۇر كۈچلۈكلۈكى 3.2 × 1026 W/cm2 غا ئاشىدۇ. ئاساسلىق نىشان ئۆيىدىن باشقا، XCELS تۈرى 10 گىچە ئىشلەتكۈچى تەجرىبىخانىسىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ، ھەر بىرى تەجرىبە ئۈچۈن بىر ياكى بىردىن ئارتۇق نۇرنى قوبۇل قىلىدۇ. بۇ ئىنتايىن كۈچلۈك نۇر مەيدانىنى ئىشلىتىپ، XCELS تۈرى تۆت تۈردە تەجرىبە ئېلىپ بېرىشنى پىلانلىغان: كۈچلۈك لازېر مەيدانىدىكى كۋانت ئېلېكترودىنامىكا جەريانلىرى؛ زەررىچىلەرنىڭ ئىشلەپچىقىرىلىشى ۋە تېزلىنىشى؛ ئىككىنچى دەرىجىلىك ئېلېكترودىمېتىر نۇرلىنىشنىڭ ھاسىل بولۇشى؛ تەجرىبىخانا ئاستروفىزىكىسى، يۇقىرى ئېنېرگىيە زىچلىقى جەريانلىرى ۋە دىئاگنوز تەتقىقاتى.
2-رەسىم. ئاساسلىق نىشان كامېراسىدىكى فوكۇسلاش گېئومېتىرىيەسى. ئېنىقلىق ئۈچۈن، 6-نۇرنىڭ پارابولا ئەينىكى سۈزۈك قىلىپ تەڭشەلگەن، كىرىش ۋە چىقىش نۇرلىرى پەقەت 1-ۋە 7-قاناللارنىلا كۆرسىتىدۇ.
3-رەسىمدە تەجرىبە بىناسىدىكى XCELS لازېر سىستېمىسىنىڭ ھەر بىر فۇنكسىيە رايونىنىڭ بوشلۇق ئورۇنلاشتۇرۇلۇشى كۆرسىتىلگەن. توك، ۋاكۇئۇم پومپىسى، سۇنى بىر تەرەپ قىلىش، تازىلاش ۋە ھاۋا تەڭشىگۈچ يەر ئاستى قەۋىتىگە جايلاشقان. قۇرۇلۇشنىڭ ئومۇمىي كۆلىمى 24،000 كۋادرات مېتىردىن ئاشىدۇ. ئومۇمىي ئېنېرگىيە سەرپىياتى تەخمىنەن 7.5 مېگاۋات. تەجرىبە بىناسى ئىچكى بوشلۇق ئومۇمىي رامكا ۋە سىرتقى بۆلەكتىن تەركىب تاپقان بولۇپ، ھەر بىرى ئىككى ئايرىم ئاساسقا قۇرۇلغان. ۋاكۇئۇم ۋە باشقا تىترەش پەيدا قىلغۇچى سىستېمىلار تىترەش ئايرىۋېتىلگەن ئاساسقا ئورنىتىلغان، شۇڭا ئاساس ۋە تىرەك ئارقىلىق لازېر سىستېمىسىغا يەتكۈزۈلىدىغان قالايمىقانچىلىقنىڭ ئامپلىتۇدىسى 1-200 گېرتس چاستوتا دائىرىسىدە 10-10 g2/Hz دىن تۆۋەنگە چۈشۈرۈلىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، يەر يۈزى ۋە ئۈسكۈنىلەرنىڭ يۆتكىلىشىنى سىستېمىلىق نازارەت قىلىش ئۈچۈن لازېر زالىدا گېئودېزىيەلىك پايدىلىنىش بەلگىلىرى تورى قۇرۇلغان.
XCELS تۈرى ئىنتايىن يۇقىرى چوققا قۇۋۋىتىگە ئىگە لازېرلارغا ئاساسلانغان چوڭ ئىلمىي تەتقىقات ئەسلىھەسىنى قۇرۇشنى مەقسەت قىلىدۇ. XCELS لازېر سىستېمىسىنىڭ بىر قانىلى 1024 W/cm2 دىن نەچچە ھەسسە يۇقىرى مەركەزلەشكەن نۇر كۈچلۈكلۈكىنى تەمىنلىيەلەيدۇ، بۇ مىقدارنى سىقىشتىن كېيىنكى تېخنىكا ئارقىلىق 1025 W/cm2 دىن ئېشىپ كېتەلەيدۇ. لازېر سىستېمىسىدىكى 12 قانالدىن كەلگەن دىپول مەركەزلەشكەن ئىمپۇلسلار ئارقىلىق، سىقىشتىن كېيىنكى ۋە باسقۇچ قۇلۇپلانمىغان تەقدىردىمۇ، 1026 W/cm2 غا يېقىن كۈچلۈكلۈككە ئېرىشكىلى بولىدۇ. ئەگەر قاناللار ئوتتۇرىسىدىكى باسقۇچ ماسلىشىشچانلىقى قۇلۇپلانسا، نۇر كۈچلۈكلۈكى نەچچە ھەسسە يۇقىرى بولىدۇ. بۇ رېكورت ياراتقان ئىمپۇلس كۈچلۈكلۈكى ۋە كۆپ قاناللىق نۇر لايىھەسىنى ئىشلىتىپ، كەلگۈسىدىكى XCELS ئەسلىھەسى ئىنتايىن يۇقىرى كۈچلۈكلۈك، مۇرەككەپ نۇر مەيدانى تەقسىماتى بىلەن سىناق ئېلىپ بارالايدۇ ۋە كۆپ قاناللىق لازېر نۇرى ۋە ئىككىنچى دەرىجىلىك رادىئاتسىيە ئارقىلىق ئۆز-ئارا تەسىرنى دىئاگنوز قويالايدۇ. بۇ ئىنتايىن كۈچلۈك ئېلېكترو ماگنىت مەيدانى تەجرىبە فىزىكىسى ساھەسىدە ئۆزگىچە رول ئوينايدۇ.
ئېلان قىلىنغان ۋاقىت: 2024-يىلى 3-ئاينىڭ 26-كۈنى