Nye soliton laserpulser leverer høj energi på en billionion af et sekund

Forskere har udviklet en ny type laser, der kan levere store mængder energi på meget korte bursts af tid, med potentielle anvendelser inden for øjen- og hjertekirurgi eller konstruktion af sarte materialer.

Direktøren for University of Sydney Institute of Photonics and Optical Science, Professor Martijn de Sterke, sagde:"Denne laser har den egenskab, at da dens pulsvarighed falder til mindre end en billionion af et sekund, dens energi kunne gå gennem taget.

"Dette gør dem til ideelle kandidater til behandling af materialer, der kræver korte, kraftige pulser. En ansøgning kan være i hornhindekirurgi, som er afhængig af forsigtigt at fjerne materiale fra øjet. Dette kræver stærk, korte lysimpulser, der ikke opvarmer og beskadiger overfladen. "

Forskningen offentliggøres i dag i Natur fotonik .

Forskerne har opnået dette bemærkelsesværdige resultat ved at vende tilbage til en simpel laserteknologi, der er almindelig inden for telekommunikation, metrologi og spektroskopi. Disse lasere bruger en effekt kendt som solitonbølger, som er lysbølger, der bevarer deres form over lange afstande.

Solitons blev først identificeret i begyndelsen af ​​det 19. århundrede, ikke i lys, men i vandbølger i Englands industrikanaler.

"Det faktum, at solitonbølger i lys bevarer deres form, betyder, at de er fremragende til en lang række anvendelser, herunder telekommunikation og spektrometri "sagde hovedforfatter Dr. Antoine Runge fra School of Physics.

"Imidlertid, mens lasere, der producerer disse solitons, er enkle at lave, de pakker ikke meget slag. Et helt andet-og dyrt-fysisk system er påkrævet for at producere de højenergiske optiske pulser, der bruges til fremstilling. "

Medforfatter Dr. Andrea Blanco-Redondo, Leder af Silicon Photonics hos Nokia Bell Labs i USA, sagde:"Soliton -lasere er de mest enkle, omkostningseffektiv og robust måde at opnå disse korte udbrud. Imidlertid, indtil nu, konventionelle soliton -lasere kunne ikke levere nok energi.

"Vores resultater har potentiale til at gøre soliton -lasere nyttige til biomedicinske applikationer, "sagde Dr. Blanco-Redondo, som tidligere var på University of Sydney Nano Institute.

Denne forskning bygger på tidligere arbejde etableret af teamet ved University of Sydney Institute for Photonics and Optical Science, som offentliggjorde sin opdagelse af renkvartiske solitoner i 2016.

En ny lov inden for laserfysik

I en normal soliton laser, lysets energi er omvendt proportional med dens pulsvarighed, demonstreret ved ligningen E =1/τ. Hvis du halverer lysets pulstid, du får dobbelt så meget energi.

Ved hjælp af kvartiske solitons, lysets energi er omvendt proportional med den tredje effekt af pulsvarigheden, eller E =1/τ ³ . Det betyder, at hvis din pulstid er halveret, energien den leverer på den tid ganges med en faktor otte.

"Det er denne demonstration af en ny lov inden for laserfysik, der er vigtigst i vores forskning, "Dr. Runge sagde." Vi har vist, at E =1/τ ³ og vi håber, at dette vil ændre, hvordan lasere kan anvendes i fremtiden. "

Etablering af dette principbevis vil gøre det muligt for teamet at lave mere kraftfulde soliton -lasere.

Dr. Blanco-Redondo sagde:"I denne forskning producerede vi pulser, der er så korte som en billioner af et sekund, men vi har planer om at blive meget kortere end det. "

"Vores næste mål er at producere femtosekundvarighedspulser - en kvadrilliondel af et sekund, "Dr. Runge sagde." Dette vil betyde ultrakorte laserpulser med hundredvis af kilowatt spidseffekt. "

Professor De Sterke sagde:"Vi håber, at denne type laser kan åbne en ny måde at anvende laserlys på, når vi har brug for høj spidsenergi, men hvor basismaterialet ikke er beskadiget."