حال ہی میں، روسی اکیڈمی آف سائنسز کے انسٹی ٹیوٹ آف اپلائیڈ فزکس نے ای ایکس واٹ سینٹر فار ایکسٹریم لائٹ اسٹڈی (XCELS) متعارف کرایا، جو کہ بڑے سائنسی آلات کے لیے ایک تحقیقی پروگرام ہےہائی پاور لیزرز. اس منصوبے میں ایک بہت کی تعمیر بھی شامل ہے۔ہائی پاور لیزربڑے اپرچر پوٹاشیم ڈیڈیوٹیریم فاسفیٹ (DKDP، کیمیائی فارمولہ KD2PO4) کرسٹل میں آپٹیکل پیرامیٹرک چیرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن ٹیکنالوجی پر مبنی، جس کی متوقع کل پیداوار 600 PW چوٹی پاور دالوں کی ہوگی۔ یہ کام XCELS پروجیکٹ اور اس کے لیزر سسٹم کے بارے میں اہم تفصیلات اور تحقیقی نتائج فراہم کرتا ہے، جس میں انتہائی مضبوط لائٹ فیلڈ کے تعاملات سے متعلق ایپلی کیشنز اور ممکنہ اثرات کو بیان کیا گیا ہے۔
XCELS پروگرام 2011 میں ایک چوٹی کی طاقت حاصل کرنے کے ابتدائی ہدف کے ساتھ تجویز کیا گیا تھا۔لیزر200 PW کی نبض کی پیداوار، جسے فی الحال 600 PW تک اپ گریڈ کیا گیا ہے۔ اس کالیزر نظامتین اہم ٹیکنالوجیز پر انحصار کرتا ہے:
(1) روایتی چرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن (چرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن، او پی سی پی اے) کی بجائے آپٹیکل پیرامیٹرک چرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن (او پی سی پی اے) ٹیکنالوجی استعمال کی جاتی ہے۔ CPA) ٹیکنالوجی؛
(2) DKDP کو حاصل کرنے والے میڈیم کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، الٹرا وائیڈ بینڈ فیز میچنگ 910 nm طول موج کے قریب محسوس کی جاتی ہے۔
(3) پیرامیٹرک ایمپلیفائر کو پمپ کرنے کے لیے ہزاروں جولز کی پلس انرجی کے ساتھ ایک بڑے اپرچر نیوڈیمیم گلاس لیزر کا استعمال کیا جاتا ہے۔
الٹرا وائیڈ بینڈ فیز میچنگ بہت سے کرسٹلز میں بڑے پیمانے پر پائی جاتی ہے اور OPCPA femtosecond lasers میں استعمال ہوتی ہے۔ ڈی کے ڈی پی کرسٹل استعمال کیے جاتے ہیں کیونکہ یہ عملی طور پر پایا جانے والا واحد مواد ہے جسے دسیوں سینٹی میٹر تک یپرچر تک بڑھایا جا سکتا ہے اور ساتھ ہی ساتھ ملٹی پی ڈبلیو پاور کو بڑھاوا دینے کے لیے قابل قبول آپٹیکل خصوصیات بھی ہیں۔لیزر. یہ پایا جاتا ہے کہ جب DKDP کرسٹل کو ND گلاس لیزر کی ڈبل فریکوئنسی لائٹ سے پمپ کیا جاتا ہے، اگر ایمپلیفائیڈ پلس کی کیریئر طول موج 910 nm ہے، تو ویو ویکٹر کی مماثلت کے ٹیلر کی توسیع کی پہلی تین شرائط 0 ہیں۔
شکل 1 XCELS لیزر سسٹم کی اسکیمیٹک ترتیب ہے۔ سامنے والے سرے نے 910 nm کی مرکزی طول موج کے ساتھ فیمٹوسیکنڈ دالیں پیدا کیں (شکل 1 میں 1.3) اور 1054 nm نینو سیکنڈ کی دالیں OPCPA پمپڈ لیزر (شکل 1 میں 1.1 اور 1.2) میں داخل کی گئیں۔ سامنے والا حصہ ان دالوں کی ہم آہنگی کے ساتھ ساتھ مطلوبہ توانائی اور spatiotemporal پیرامیٹرز کو بھی یقینی بناتا ہے۔ ایک انٹرمیڈیٹ او پی سی پی اے زیادہ تکرار کی شرح (1 ہرٹز) پر کام کرنے والا چہچہاتی نبض کو دسیوں جولز تک بڑھا دیتا ہے (شکل 1 میں 2)۔ بوسٹر او پی سی پی اے کے ذریعے نبض کو ایک کلوجول بیم میں مزید بڑھایا جاتا ہے اور اسے 12 ایک جیسی ذیلی بیم میں تقسیم کیا جاتا ہے (شکل 1 میں 4)۔ آخری 12 او پی سی پی اے میں، 12 چرپڈ لائٹ پلس میں سے ہر ایک کو کلوجول لیول تک بڑھایا جاتا ہے (شکل 1 میں 5) اور پھر 12 کمپریشن گریٹنگس (شکل 1 میں 6 کا جی سی) کے ذریعے کمپریس کیا جاتا ہے۔ اکوسٹو آپٹک پروگرام ایبل ڈسپریشن فلٹر سامنے والے سرے میں استعمال کیا جاتا ہے تاکہ گروپ کی رفتار کی بازی اور ہائی آرڈر ڈسپریشن کو درست طریقے سے کنٹرول کیا جا سکے، تاکہ نبض کی سب سے چھوٹی چوڑائی حاصل کی جا سکے۔ پلس سپیکٹرم کی شکل تقریباً 12 ویں آرڈر کے سپر گاس کی ہوتی ہے، اور زیادہ سے زیادہ قدر کے 1% پر سپیکٹرل بینڈوتھ 150 nm ہے، جو 17 fs کی فوئیر ٹرانسفارم کی حد پلس چوڑائی کے مطابق ہے۔ نامکمل بازی کے معاوضے اور پیرامیٹرک ایمپلیفائرز میں نان لائنر فیز کمپنسیشن کی مشکل کو مدنظر رکھتے ہوئے، نبض کی متوقع چوڑائی 20 fs ہے۔
XCELS لیزر دو 8-چینل UFL-2M نیوڈیمیم گلاس لیزر فریکوئنسی ڈبلنگ ماڈیولز (شکل 1 میں 3) استعمال کرے گا، جن میں سے 13 چینلز بوسٹر OPCPA اور 12 فائنل OPCPA کو پمپ کرنے کے لیے استعمال کیے جائیں گے۔ بقیہ تین چینلز کو آزاد نینو سیکنڈ کلوجول پلس کے طور پر استعمال کیا جائے گا۔لیزر ذرائعدوسرے تجربات کے لیے۔ DKDP کرسٹلز کے آپٹیکل بریک ڈاؤن تھریشولڈ کے ذریعے محدود، پمپ شدہ نبض کی شعاع ریزی کی شدت ہر چینل کے لیے 1.5 GW/cm2 پر سیٹ کی گئی ہے اور دورانیہ 3.5 ns ہے۔
XCELS لیزر کا ہر چینل 50 PW کی طاقت کے ساتھ دالیں تیار کرتا ہے۔ کل 12 چینلز 600 PW کی کل آؤٹ پٹ پاور فراہم کرتے ہیں۔ مرکزی ہدف والے چیمبر میں، مثالی حالات میں ہر چینل کی زیادہ سے زیادہ توجہ مرکوز کرنے کی شدت 0.44×1025 W/cm2 ہے، یہ فرض کرتے ہوئے کہ F/1 فوکس کرنے والے عناصر فوکس کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ اگر پوسٹ کمپریشن تکنیک کے ذریعے ہر چینل کی نبض کو مزید 2.6 fs تک کمپریس کیا جاتا ہے، تو متعلقہ آؤٹ پٹ پلس پاور 2.0×1025 W/cm2 کی روشنی کی شدت کے مطابق، 230 PW تک بڑھ جائے گی۔
زیادہ روشنی کی شدت کو حاصل کرنے کے لیے، 600 PW آؤٹ پٹ پر، 12 چینلز میں روشنی کی دھڑکنیں الٹا ڈوپول ریڈی ایشن کی جیومیٹری میں مرکوز ہوں گی، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ جب ہر چینل میں نبض کا مرحلہ مقفل نہیں ہوتا ہے، تو فوکس کی شدت 9×1025 W/cm2 تک پہنچیں۔ اگر ہر نبض کا مرحلہ مقفل اور مطابقت پذیر ہے، تو ہم آہنگ نتیجے میں روشنی کی شدت 3.2×1026 W/cm2 تک بڑھ جائے گی۔ مرکزی ہدف والے کمرے کے علاوہ، XCELS پروجیکٹ میں 10 تک صارف لیبارٹریز شامل ہیں، جن میں سے ہر ایک کو تجربات کے لیے ایک یا زیادہ بیم ملتے ہیں۔ اس انتہائی مضبوط لائٹ فیلڈ کا استعمال کرتے ہوئے، XCELS پروجیکٹ چار زمروں میں تجربات کرنے کا ارادہ رکھتا ہے: شدید لیزر فیلڈز میں کوانٹم الیکٹروڈائینامکس کے عمل؛ ذرات کی پیداوار اور سرعت؛ ثانوی برقی مقناطیسی تابکاری کی نسل؛ لیبارٹری فلکی طبیعیات، اعلی توانائی کی کثافت کے عمل اور تشخیصی تحقیق۔
انجیر۔ 2 مرکزی ہدف والے چیمبر میں جیومیٹری کو فوکس کرنا۔ وضاحت کے لیے، بیم 6 کا پیرابولک آئینہ شفاف پر سیٹ کیا گیا ہے، اور ان پٹ اور آؤٹ پٹ بیم صرف دو چینلز 1 اور 7 دکھاتے ہیں۔
شکل 3 تجرباتی عمارت میں XCELS لیزر سسٹم کے ہر فنکشنل ایریا کی مقامی ترتیب کو ظاہر کرتی ہے۔ تہہ خانے میں بجلی، ویکیوم پمپ، پانی کی صفائی، پیوریفیکیشن اور ایئر کنڈیشنگ موجود ہیں۔ کل تعمیراتی رقبہ 24,000 m2 سے زیادہ ہے۔ بجلی کی کل کھپت تقریباً 7.5 میگاواٹ ہے۔ تجرباتی عمارت ایک اندرونی کھوکھلی مجموعی فریم اور ایک بیرونی حصے پر مشتمل ہوتی ہے، ہر ایک کو دو جوڑے ہوئے بنیادوں پر بنایا گیا ہے۔ ویکیوم اور دیگر وائبریشن انڈیوسنگ سسٹمز وائبریشن آئسولیٹڈ فاؤنڈیشن پر نصب کیے جاتے ہیں، تاکہ فاؤنڈیشن اور سپورٹ کے ذریعے لیزر سسٹم میں منتقل ہونے والے خلل کا طول و عرض 10-10 g2/Hz سے کم ہو 1-200 ہرٹج اس کے علاوہ، لیزر ہال میں جیوڈیسک ریفرنس مارکروں کا ایک نیٹ ورک ترتیب دیا گیا ہے تاکہ زمین اور آلات کے بہاؤ کی منظم طریقے سے نگرانی کی جا سکے۔
XCELS پروجیکٹ کا مقصد انتہائی ہائی پیک پاور لیزرز پر مبنی ایک بڑی سائنسی تحقیق کی سہولت بنانا ہے۔ XCELS لیزر سسٹم کا ایک چینل 1024 W/cm2 سے کئی گنا زیادہ فوکسڈ روشنی کی شدت فراہم کر سکتا ہے، جسے پوسٹ کمپریشن ٹیکنالوجی کے ساتھ 1025 W/cm2 سے مزید بڑھایا جا سکتا ہے۔ لیزر سسٹم میں 12 چینلز سے ڈوپول فوکس کرنے والی دالوں کے ذریعے، 1026 W/cm2 کے قریب شدت کو بغیر کمپریشن اور فیز لاکنگ کے بھی حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اگر چینلز کے درمیان فیز سنکرونائزیشن مقفل ہے، تو روشنی کی شدت کئی گنا زیادہ ہوگی۔ ان ریکارڈ توڑنے والی نبض کی شدت اور ملٹی چینل بیم لے آؤٹ کا استعمال کرتے ہوئے، مستقبل کی XCELS سہولت انتہائی زیادہ شدت، پیچیدہ روشنی کے میدان کی تقسیم، اور ملٹی چینل لیزر بیم اور ثانوی تابکاری کا استعمال کرتے ہوئے تعاملات کی تشخیص کرنے کے قابل ہو گی۔ یہ انتہائی مضبوط برقی مقناطیسی فیلڈ تجرباتی طبیعیات کے میدان میں ایک منفرد کردار ادا کرے گا۔
پوسٹ ٹائم: مارچ-26-2024