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科學家們開發出了一種新型的雷射器，可以在極短的時間內提供高能量，在眼睛和心臟手術或精細材料的工程設計中具有潛在的應用前景。
雪梨大學光子學和光學科學研究所所長Martijn de Sterke教授說。"這種雷射具有這樣的特性，當它的脈衝持續時間減少到不到一萬億分之一秒時，其能量可以超過極限。這使它們成為加工需要短、強脈衝的材料的理想選擇。其中一個應用可能是在角膜手術中，這依賴於從眼睛中輕輕地取出材料。這需要強而短的光脈衝，不會加熱和破壞表面。"
這項研究今天發表在《Nature Photonics》雜誌上。
科學家們通過回歸到電信、計量和光譜學中常見的一種簡單的雷射技術，取得了這一顯著成果。這些雷射器使用了一種稱為 "孤子波 "的效應，這是一種在長距離上保持形狀的光波。
孤子波最早出現在19世紀初，不過不是在光波中而是在水波中。
"光中的孤子波能保持形狀的事實意味著它們在包括電信和光譜分析在內的各種應用中都是極好的，"主要作者物理學院的Antoine Runge博士說。"然而，雖然產生這些電磁波的雷射器製造起來很簡單，但卻沒有什麼效果。要製造出高能光脈衝，需要一個完全不同且昂貴的物理系統。"
美國諾基亞貝爾實驗室矽光子學負責人Andrea Blanco-Redondo博士說。"孤子雷射器是實現這些短脈衝的最簡單、最經濟、最穩健的方式。然而，直到現在為止，傳統的孤子雷射器還無法提供足夠的能量。我們的研究結果有可能使孤子雷射器在生物醫學應用中派上用場。"
在普通的Soliton雷射器中，光的能量與脈衝時間成反比，由公式E=1/τ證明。如果把光的脈衝時間減半，會得到兩倍的能量。使用四次的孤子，光的能量與脈衝持續時間的三次方成反比，即E=1/τ3。這意味著，如果脈衝時間減半，它在這段時間內傳遞的能量就會乘以8的係數。
"正是這種對雷射物理學中的新定律的證明，在我們的研究中是最重要的。"Runge博士說。"我們已經證明了E=1/τ3，我們希望這將改變未來雷射的應用方式。"建立這一原理證明，將使團隊能夠製造出更強大的光子雷射器。
Blanco-Redondo博士說。"在這項研究中，我們製造出的脈衝時間短至萬億分之一秒，但我們有計劃獲得比這更短的脈衝。我們的下一個目標是產生飛秒級的持續時間脈衝，即四十億分之一秒的脈衝，"Runge博士說。"這將意味著超短雷射脈衝的峰值功率將達到數百千瓦。"
De Sterke教授說："我們希望這種類型的雷射器能在我們需要高峰值能量但基體材料不被破壞的情況下，開闢出一種新的應用雷射的方法。"
論文標題為《The pure-quartic soliton laser》。