Novinky z oboru

Vědci vyvinuli nový typ laseru

2021-12-10
Vědci vyvinuli nový typ laseru, který dokáže vygenerovat velké množství energie v krátkém časovém období, což má potenciální využití v oftalmologii a srdeční chirurgii nebo jemném materiálovém inženýrství. Profesor Martin De Steck, ředitel Institutu fotoniky a optických věd na Univerzitě v Sydney, řekl: Charakteristickým rysem tohoto laseru je, že když se doba trvání pulsu zkrátí na méně než jednu biliontinu sekundy, energie může být také „ okamžitě „Na své špičce je to ideální kandidát pro zpracování materiálů, které vyžadují krátké a silné pulzy.
Jednou aplikací může být operace rohovky, která spoléhá na šetrné odstranění látek z oka, což vyžaduje silné a krátké světelné pulzy, které nebudou zahřívat a nepoškozovat povrch. Výsledky výzkumu jsou publikovány v časopise Nature Photonics. Vědci dosáhli tohoto pozoruhodného výsledku návratem k jednoduché laserové technologii běžně používané v telekomunikacích, metrologii a spektroskopii. Tyto lasery využívají efekt nazývaný „osamělé“ vlny, což jsou světelné vlny, které si udržují svůj tvar na velké vzdálenosti. Soliton byl poprvé objeven na počátku 19. století, ale nebyl nalezen ve světle, ale ve vlnách Britského průmyslového kanálu.
Vedoucí autor Dr. Antoine Runge z Fyzikální školy řekl: Skutečnost, že solitonové vlny ve světle udržují svůj tvar, znamená, že jsou vynikající v široké řadě aplikací včetně telekomunikací a spektroskopie. Přestože se však lasery, které tyto solitony vyrábějí, snadno vyrábějí, nepřinesou příliš velký dopad. Pro generování vysoce energetických světelných pulsů používaných ve výrobě je zapotřebí zcela odlišný fyzikální systém. Dr. Andrea Blanco-Redondo, spoluautor studie a vedoucí křemíkové fotoniky v laboratořích Nokia Bell ve Spojených státech, řekl:
Solitonový laser je nejjednodušší, cenově nejefektivnější a nejvýkonnější způsob, jak dosáhnout těchto krátkých pulzů. Tradiční solitonové lasery však dosud nebyly schopny poskytnout dostatek energie a nový výzkum může učinit solitonové lasery užitečnými v biomedicínských aplikacích. Tento výzkum navazuje na dřívější výzkum vytvořený týmem Institutu fotoniky a optických věd na University of Sydney, který v roce 2016 zveřejnil objev čistého solitonu čtvrtého řádu.
Nové zákony v laserové fyzice
V běžném solitonovém laseru je energie světla nepřímo úměrná šířce jeho pulzu. Rovnice E=1/Ï„ dokazuje, že zkrátíme-li dobu pulzu světla na polovinu, získáme dvojnásobnou energii. Při použití čtvrtého solitonu je energie světla nepřímo úměrná třetí mocnině trvání pulsu, tj. E=1/Ï„3. To znamená, že pokud se doba pulzu zkrátí na polovinu, energie, kterou během této doby dodá, se vynásobí faktorem 8. Při výzkumu je nejdůležitější důkaz nového zákona v laserové fyzice. Výzkum prokázal, že E=1/Ï„3, což v budoucnu změní způsob aplikace laserů.
Důkaz o zavedení tohoto nového zákona umožní výzkumnému týmu vyrábět výkonnější solitonové lasery. V této studii byly produkovány pulsy krátké jako jedna biliontina sekundy, ale výzkumný plán může získat kratší pulsy. Dalším cílem výzkumu je generování femtosekundových pulzů, což by znamenalo ultrakrátké laserové pulzy se špičkovými výkony stovek kilowattů. Tento typ laseru nám může otevřít nový způsob aplikace laseru, když potřebujeme vysokou špičkovou energii, ale substrát není poškozen.