激光物理学的新法律可以使眼科手术变得更简单-高能量脉冲在万亿分之一秒内

新的孤子激光脉冲可在一万亿分之一秒内提供高能量。

通过回顾一种简单的激光器，科学家发现了一种方法，可以在极短的时间内成倍地增加释放的能量，并有可能在外科手术中得到应用。

科学家们开发了一种新型的激光，可以在很短的时间内发出大量的能量，在眼和心脏外科手术或精细材料的工程中具有潜在的应用前景。

我是悉尼大学物理学院实验室的Antoine Runge博士。

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，当其脉冲持续时间减少到不到一万亿分之一秒时，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加工的理想选择。一种应用可能是在角膜手术中，这需要从眼睛上轻轻地去除材料。这需要强而短的光脉冲，而不会加热和损坏表面。”

该研究最近发表在《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浪中出现的。

物理学院的主要作者安托万·朗格（Antoine Runge）博士说：“孤子在光中保持其形状的事实意味着它们在电信和光谱学等广泛的应用中都很出色。”

“但是，尽管产生这些孤子的激光器制造简单，但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。”

悉尼纳米科学中心的Andrea Blanco-Redondo博士现在在美国贝尔实验室工作。

合著者美国诺基亚贝尔实验室的硅光子学负责人Andrea Blanco-Redondo说：孤子激光器是实现这些短脉冲的最简单，最具成本效益和最强大的方法。但是，直到现在，传统的孤子激光器仍无法传递足够的能量。

“我们的结果有可能使孤子激光器用于生物医学应用，”以前在悉尼大学纳米研究所工作的Blanco-Redondo博士说。

这项研究是建立在悉尼大学光子与光学科学研究所团队建立的较早工作基础上的，该团队于2016年发布了其纯四次孤子的发现。

悉尼大学物理学院的Martijn de Sterke教授（左）和Antoine Runge博士。

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，如方程式E = 1 / t所示。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，光的能量与脉冲持续时间的三次方成反比，即E = 1 / t3。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。

“在我们的研究中，最重要的是激光物理新法则的证明，” Runge博士说。“我们已经证明E = 1 / t3，我们希望这将改变将来激光的应用方式。”

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一万亿分之一秒，但我们有计划使脉冲时间短得多。”

Runge博士说：“我们的下一个目标是产生飞秒持续时间脉冲-每秒1千分之三。”“这将意味着具有数百千瓦峰值功率的超短激光脉冲。”

德斯特克教授说：“我们希望在需要高峰值能量但基础材料没有损坏的情况下，这种类型的激光器能够开辟一种新的方式来施加激光。”

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参考：

自然光子学的Antoine F. J. Runge，Darren D.Hudson，Kevin K.K. Tam，C.Martijn de Sterke和Andrea Blanco-Redondo的“纯四元孤子激光器”，2020年5月25日，DOI：
10.1038 / s41566-020-0629-6

J.E. C. Martijn de Sterke的Andrea Blanco-Redondo撰写的“纯四元孤子”Sipe，Thomas F.Krauss，Benjamin J.Eggleton和Chad Husko，2016年1月29日，《自然通讯》。
10.1038 / ncomms10427

这项工作得到了澳大利亚研究委员会（ARC）发现项目（批准号DP180102234），悉尼大学哈里·梅塞尔教授的研究奖学金和亚洲航空航天研究与发展办公室（AOARD）（批准号FA2386-19-1-）的支持。 4067）。