Развитая в ИПФ РАН технология параметрического усиления чирпированных лазерных импульсов (OPCPA) положена в основу российского проекта XCELS, предназначенного для строительства Международного центра исследования экстремальных световых полей на базе субэксаваттного лазера. Проект был одобрен еще в 2011 году правительственной комиссией по высоким технологиям и инновациям в числе шести проектов класса мегасайенс. В 2023 году проект был существенно переработан, в частности, продемонстрировано, что суммарная мощность 12-канального лазерного комплекса, лежащего в основе проекта XCELS, может быть доведена до 600 ПВт. В настоящее время планируется реализация первого этапа проекта.
Для достижения максимальной амплитуды электромагнитного поля все 12 каналов лазерного комплекса XCELS с пиковой мощностью более 50 ПВт в каждом канале должны быть когерентно сфокусированы в одну точку. Это обусловливает исключительные требования на стабильность всех параметров лазерной системы, которая должна быть обеспечена на всех этапах, начиная с генерации сигнального импульса в стартовой части лазерной системы и заканчивая компрессией и фокусировкой в мишенной камере. Выполнение таких требований во многом зависит от стартовой системы лазерного комплекса XCELS, которая не только запитывает все 12 лазерных каналов, но и обеспечивает синхронизацию всех систем лазерного комплекса.
В ИПФ РАН разработан дизайн и апробированы ключевые узлы стартовой лазерной системы для проекта XCELS. Результаты этой апробации позволили на порядок (приблизительно в 10 раз) улучшить стабильность энергии лазерных импульсов на единственной в России лазерной установке петаваттного уровня мощности PEARL, что значительно расширило ее возможности при проведении самых сложных научных исследований по взаимодействию излучения с веществом. Разработанная технология оптической синхронизации каналов стартовой системы обеспечит прецизионное совмещение во времени фемтосекундного сигнала как с каналами накачки, так и с другими устройствами (например, ускорителем электронов). Высокая стабильность энергии в импульсе достигается применением диодной накачки в твердотельных усилителях. Временно́е профилирование лазерных импульсов с субнаносекундным разрешением необходимо для компенсации искажения формы импульса в силовых усилителях на неодимовом стекле в основной части XCELS.
Выполненные в ИПФ РАН исследования легли в основу изготавливаемой сейчас стартовой системы для прототипа лазерного комплекса XCELS, который подразумевает когерентное сложение двух каналов с пиковой мощностью до 50 ПВт в каждом. Это должно стать первым этапом выполнения проекта XCELS, который покажет работоспособность всех ключевых узлов комплекса, а также позволит проводить широкий круг исследований на недостижимом на сегодняшний день уровне мощности лазерного излучения.
Источник информации и фото: пресс-служба ИПФ РАН
