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新的孤子激光脉冲可在一万亿分之一秒内提供高能量

  • 科学
  • 2020-05-26 08:36:51
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科学家们开发了一种新型的激光器,可以在很短的时间内发射大量能量,在眼科和心脏外科手术或精密材料的工程中具有潜在的应用前景。

悉尼大学光子与光学科学研究所所长Martijn de Sterke教授说:“这种激光器的特性是,随着脉冲持续时间减少到不到一万亿分之一秒,它的能量就可以通过屋顶。

“这使它们成为需要短而有力的脉冲的材料的理想选择。一种应用可能是在角膜手术中,这需要轻轻地从眼睛上去除材料。这需要强而短的光脉冲,并且不能加热和损坏眼睛。表面。”

这项研究今天发表在《自然光子学》上。

科学家们通过返回在电信,计量学和光谱学中很普遍的简单激光技术,实现了这一非凡的结果。这些激光使用称为孤子波的效应,孤子波是在长距离内保持其形状的光波。

孤子最早是在19世纪初发现的,它不是在英格兰的工业运河中以光而是在水波中出现的。

物理学院的主要作者安托万·朗格博士说:“孤子在光中保持其形状的事实意味着它们对于电信和光谱学等广泛的应用来说都是极好的。”

“但是,虽然制造这些孤子的激光器制造简单,但是它们并没有太多打孔。需要一个完全不同且昂贵的物理系统来产生制造中使用的高能光脉冲。”

美国诺基亚贝尔实验室硅光子学负责人安德里亚·布兰科-雷东多(Andrea Blanco-Redondo)博士说:“孤子激光器是实现这些短脉冲的最简单,最具成本效益和最耐用的方法。但是,到目前为止,传统孤子激光器无法传递足够的能量。

以前在悉尼大学纳米研究所工作的布兰科-雷东多博士说:“我们的研究结果有可能使孤子激光器用于生物医学应用。”

这项研究是建立在悉尼大学光子与光学科学研究所团队早先工作的基础上的,该团队于2016年发布了其纯四次孤子的发现。

激光物理学的新定律

在普通的孤子激光器中,光的能量与其脉冲持续时间成反比,由等式E = 1 /τ证明。如果您将光的脉冲时间减半,则将获得两倍的能量。

使用四次孤子,光的能量是反比于脉冲持续时间的第三功率,或E = 1 /τ3。这意味着,如果您的脉冲时间减半,则该时间所传递的能量将乘以八倍。

朗格博士说:“这是对激光物理学新法则的证明,这对我们的研究至关重要。”“我们已经表明,E = 1 /τ3,我们希望这将改变激光器可以在未来被应用。”

建立这种原理证明将使团队能够制造出更强大的孤子激光器。

布兰科-雷东多博士说:“在这项研究中,我们产生的脉冲短至万亿分之一秒,但我们计划将脉冲时间缩短得多。”

Runge博士说:“我们的下一个目标是产生飞秒持续时间脉冲-一秒的百万分之三。”“这将意味着峰值功率达数百千瓦的超短激光脉冲。”

德Sterke教授说:“我们希望这种类型的激光可以打开一个新的方式来运用激光光的时候,我们需要高的峰值能量,但在基体材料不被损坏。”

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