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新型激光器可在一万亿分之一秒内提供高能量

发布时间: 2020-06-10 09:41:24   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

近日,科学家开发出一种新型激光器,可在很短的时间内发射大量能量,在眼科和心脏手术或精密材料的工程中具有潜在的应用价值。

悉尼大学光子与光学科学研究所Martijn de Sterke教授说:“这种激光器的特性是,当脉冲持续时间减少到不到万亿分之一秒时,能量也可以“瞬间”达到峰值,这使得它成为处理需要短而强大脉冲材料的理想候选者。一种应用可能是角膜手术,这依赖于从眼睛中轻轻地取出材料。需要强而短的光脉冲,不会加热和破坏表面。这项研究结果发表在《自然光子学》期刊上。科学家通过回归一种在电信、计量学和光谱学中常见的简单激光技术,取得了这一显著成果。这中激光器使用一种成为“孤立子”波的效应,这是一种在很长距离内保持形状的光波。孤立子在19世界初首次被发现,然而它不是在光中发现的,而是在英国工业运河的水波中发现。

物理学院的主要作者Antoine F. J. Runge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。然而,虽然制造这些孤子的激光器容易制造,但它们不会带来太大的冲击力。要产生制造中使用的高能光脉冲,需要完全不同的物理系统。”该研究的合作者,美国诺基亚贝尔实验室的硅光子学负责人Andrea Blanco-Redondo 博士说:“孤立子激光是实现这些短脉冲最简单、最具成本效益和最强大的方法。” 但是,到目前为止,传统孤子激光器无法传递足够的能量,新研究有可能使孤立子激光在生物医学应用中发挥作用。这项研究建立在悉尼大学光子学和光学科学研究所团队研究基础上,该研究所于2016年发布了纯四阶孤子的发现。

图2. PQS激光器工作原理图

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。如果将光的脉冲时间减半,则将获得两倍的能量。使用四次孤立子,光的能量与脉冲持续时间的三次幂成反比,即E = 1 /τ3。这意味着,如果脉冲时间减半,它在这段时间所传递的能量将乘以8倍。在研究中,最重要的是激光物理中一条新定律证明,研究证明了E = 1 /τ3,这将改变激光在未来的应用方式。

建立这种原理证明将使研究团队能够制造更强大的孤立子激光器。在这项研究中,产生了短至万亿分之一的脉冲,但研究计划可以获得更短的脉冲。研究的下一个目标是产生持续时间为飞秒的脉冲,这将意味着峰值功率达数百千瓦的超短激光脉冲。这种类型的激光器,将为我们在需要高峰值能力但基材不受损的情况下,应用激光开辟了一条新的途径。

刘德娟编译自: Runge, A.F.J., Hudson, D.D., Tam, K.K.K. et al. The pure-quartic soliton laser. Nat. Photonics (2020). https://doi.org/10.1038/s41566-020-0629-6.

 

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