Вчені розробили новий тип лазера, який може доставляти велику кількість енергії за дуже короткі проміжки часу, з потенційним застосуванням в хірургії ока і серця або в розробці нових матеріалів.
«Цей лазер володіє тією властивістю, що при зменшенні тривалості його імпульсу до менш ніж трильйонної частки секунди його енергія може проходити крізь поверхню» - говорить директор Інституту фотоніки та оптичних наук Сіднейського університету, професор Мартейн де Стерке.
"Це робить його ідеальним кандидатом для обробки матеріалів, що потребують коротких, потужних імпульсів. Одним із застосувань може бути хірургія рогівки, яка ґрунтується на обережному видаленні матеріалу з ока. Це вимагає сильних коротких світлових імпульсів, які не нагрівають і не пошкоджують поверхню ".
Вчені досягли цього чудового результату, повернувшись до простої лазерної технології, яка широко поширена в телекомунікаціях, метрології та спектроскопії. Ці лазери використовують ефект, відомий як солітонні хвилі, які являють собою хвилі світла, які зберігають свою форму на великих відстанях.
Солітони були вперше виявлені на початку 19-го століття не в світлі, а в хвилях води в промислових каналах Англії.
«Той факт, що солітонні хвилі в світлі зберігають свою форму, означає, що вони чудові для широкого спектру застосувань, включаючи телекомунікації і спектрометрію», - кажуть вчені.
"Однак, в той час як лазери, що виробляють ці солітони, прості у виготовленні, вони не дають великого ефекту. Для виробництва високоенергетичних оптичних імпульсів, що використовуються у виробництві, потрібна зовсім інша і дорога фізична система ".
Це дослідження засноване на більш ранніх роботах, створених командою Інституту фотоніки та оптичних наук Сіднейського університету, який опублікував своє відкриття квартових солітонів у 2016 році.
У звичайному солітонному лазері енергія світла назад пропорційна його тривалості, що підтверджується рівнянням E = 1/^. Якщо ви вдвічі зменшите час імпульсу світла, ви отримаєте вдвічі більше енергії.
При використанні квартових солітонів енергія світла назад пропорційна третьому ступеня тривалості імпульсу, або E = 1/^ 3. Це означає, що якщо час вашого імпульсу зменшується вдвічі, енергія, яку він видає за цей час, множиться у вісім разів.
«Саме ця демонстрація нового закону в лазерній фізиці є найбільш важливою в наших дослідженнях», - кажуть вчені. «Ми показали, що E = 1/^ 3, і ми сподіваємося, що це змінить спосіб застосування лазерів у майбутньому».
Доказ цього принципу дозволить створювати більш потужні солітонні лазери.
«У цьому дослідженні ми виробляли імпульси з точністю до трильйонної частки секунди, але наша наступна мета - генерувати імпульси фемтосекундної тривалості - одну квадрильйонну секунди», - кажуть дослідники. «Це означатиме ультракороткі лазерні імпульси з піковою потужністю в сотні кіловат».
«Ми сподіваємося, що цей тип лазера може відкрити новий спосіб застосування лазерного світла, коли нам потрібна висока пікова енергія, але де основний матеріал залишається не пошкодженим».