Forskare har genererat ett brett spektrum av färger från en enda laser efter att ha upptäckt en ny process för att uppnå så kallad "superkontinuumgenerering".

Superkontinuumgenerering är när intensivt laserljus i en färg färdas i ett material, som glas, och breddar sig till ett spektrum av färger.

Effekten låter forskare producera ljus i färger som är skräddarsydda för särskilda applikationer inom sektorer som bioimaging, optisk kommunikation och grundläggande materialstudier.

Tills nu, det fanns två sätt att skapa ett superkontinuum. En speciell optisk fiber, cirka 10 % av bredden på ett människohår, kan användas för att koncentrera ljus till en mycket hög intensitet, över längder på några meter.

Alternativt ännu mer kraftfullt ljus från en förstärkt laser - av det slag som uppfanns av Nobelpristagarna 2019, Strickland och Mourou - skulle kunna fokuseras tätt till vanligt glas.

Dessa traditionella tillvägagångssätt har nackdelar, associeras antingen med storleken, komplexiteten och kostnaden för att använda en laser med extremt hög energi, eller med den exakta och bräckliga inriktningen som behövs för att tvinga ljus in i en optisk fiber endast två tusendels millimeter i diameter.

Fotonikexperter från Heriot-Watt har demonstrerat en ny metod som kombinerar det bästa av två världar:ett färgstarkt superkontinuum från ett bulkmaterial som endast använder lasrar med måttlig energi. Genombrottet har rapporterats i den ledande tidskriften Optica .

Professor Derryck Reid från Institute of Photonics and Quantum Sciences sa:"Vi har visat att man kombinerar en enkel laser med en speciell, olinjär kristall kan skapa ett superkontinuum direkt.

"Vi har tagit bort behovet av antingen en högeffektlaser eller känslig koppling av ljus till små optiska fibrer.

"Det finns en fundamentalt ny mekanism på gång här:vår specialkonstruerade galliumfosfidkristall skapar en kaskadeffekt.

"Vi belyser kristallen med ljus från en infraröd laser, varav en del omvandlas till synligt grönt ljus. Detta genererar i sin tur mer grönt ljus vid en något längre våglängd, blir den första gula, sedan orange och arbetar hela vägen ut till det röda.

"De svagare kanterna på ljuset kan generera grönt vid längre och längre våglängder. Detta har aldrig rapporterats tidigare."

Professor Reid och hans team säger att ytterligare arbete krävs för att avgöra om effekten är specifik för den speciella galliumfosfidkristall de använde och om den kan förstärkas ytterligare.

Professor Reid sa:"Detta är verkligen lovande. Vi tror att vi kan göra ljusets spektrum bredare och mer intensivt genom att optimera kristallens egenskaper.

"Synliga superkontinuor används redan i stor utsträckning inom biovetenskapsavbildning och spektroskopi, men begränsas av egenskaperna hos speciella optiska fibrer. Vår nya teknik kan erbjuda ett bekvämt och kompakt alternativ till dessa befintliga ljuskällor.