科學家開發(fā)出一種新型激光器，可以在很短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量能量，在眼科和心臟手術或精細材料工程中具有潛在的應用價值。

悉尼大學光子學和光學科學研究所所長馬提金·德·斯特克教授說：這種激光器的特性是，當脈沖持續(xù)時間減少到萬億分之一秒以下時，能量也可以“瞬間”達到峰值，這使得它成為處理需要短而強大脈沖材料的理想候選者。

一種應用可能是角膜手術，這依賴于輕輕地將物質(zhì)從眼睛中移除，這需要不會加熱和損害表面強而短的光脈沖，其研究成果發(fā)表在《自然光子學》期刊上?？茖W家通過回歸一種在電信、計量學和光譜學中常見的簡單激光技術，取得了這一顯著結(jié)果。這些激光器使用一種稱為“孤立子”波的效應，這是一種在很長距離內(nèi)保持形狀的光波。孤立子在19世紀初首次被發(fā)現(xiàn)，然而它不是在光中發(fā)現(xiàn)的，而是在英國工業(yè)運河的水波中發(fā)現(xiàn)。

來自物理學院的主要作者Antoine Runge博士說：光中的孤立子波，保持其形狀的事實，意味著它們在包括電信和光譜分析在內(nèi)的廣泛應用中都極好。然而，盡管產(chǎn)生這些孤立子的激光器很容易制造，但它們不會帶來太大的沖擊力。要產(chǎn)生制造中使用的高能光脈沖，需要完全不同的物理系統(tǒng)。該研究的合著者、美國諾基亞貝爾實驗室的硅光子學負責人Andrea Blanco-Redondo博士說：

孤立子激光是實現(xiàn)這些短脈沖最簡單、最具成本效益和最強大的方法。然而，到目前為止，傳統(tǒng)的孤立子激光還不能提供足夠的能量，新研究有可能使孤立子激光在生物醫(yī)學應用中發(fā)揮作用。這項研究建立在悉尼大學光子學和光學科學研究所團隊早先建立的研究基礎上，該研究所于2016年發(fā)表了對純四階孤子的發(fā)現(xiàn)。

激光物理中的新定律

在普通孤子激光器中，光的能量與其脈沖寬度成反比，由方程E=1/τ證明，如果把光的脈沖時間減半，就會得到兩倍的能量。使用四次孤立子，光的能量與脈沖持續(xù)時間的三次冪成反比，即E=1/τ3。這意味著如果脈沖時間減半，它在這段時間內(nèi)傳遞的能量將乘以8倍。在研究中，最重要的是激光物理中一條新定律證明，研究經(jīng)證明了E=1/τ3，這將改變激光在未來的應用方式。

建立這一新定律的證明，將使研究團隊能夠制造更強大的孤立子激光器。在這項研究中，產(chǎn)生了短至萬億分之一秒的脈沖，但研究計劃可以獲得更短的脈沖。研究的下一個目標是產(chǎn)生持續(xù)時間為飛秒的脈沖，這將意味著峰值功率達數(shù)百千瓦的超短激光脈沖。這種類型的激光器，能為我們在需要高峰值能量但基材不受損的情況下，應用激光開辟了一條新的途徑！

博科園｜研究/來自：悉尼大學

研究發(fā)表期刊《自然光子學》

DOI: 10.1038/s41566-020-0629-6

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