科學(xué)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(shù)或精細材料工程中具有潛在的應(yīng)用價值。悉尼大學(xué)光子學(xué)和光學(xué)科學(xué)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(dāng)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(yīng)用可能是角膜手術(shù)，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(xué)》期刊上。科學(xué)家通過回歸一種在電信、計量學(xué)和光譜學(xué)中常見的簡單激光技術(shù)，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(yīng)，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(jì)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(xué)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(yīng)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(xué)負責(zé)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(xué)應(yīng)用中發(fā)揮作用。這項研究建立在悉尼大學(xué)光子學(xué)和光學(xué)科學(xué)研究所團隊早先建立的研究基礎(chǔ)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(yīng)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(biāo)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(yīng)用激光開辟了一條新的途徑！
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