Forskare har utvecklat en ny typ av laser som kan leverera stora mängder energi på mycket kort tid, med potentiella tillämpningar inom ögon- och hjärtkirurgi eller konstruktion av känsliga material.

Direktören för University of Sydney Institute of Photonics and Optical Science, Professor Martijn de Sterke, sade:"Denna laser har egenskapen att eftersom dess pulslängd minskar till mindre än en biljondel av en sekund, dess energi kan gå genom taket.

"Detta gör dem till idealiska kandidater för bearbetning av material som kräver korta, kraftfulla pulser. En applikation kan vara vid hornhinnekirurgi, som är beroende av att försiktigt ta bort material från ögat. Detta kräver stark, korta ljuspulser som inte värmer och skadar ytan. "

Forskningen publiceras idag i Nature Photonics .

Forskarna har uppnått detta anmärkningsvärda resultat genom att återgå till en enkel laserteknik som är vanlig inom telekommunikation, metrologi och spektroskopi. Dessa lasrar använder en effekt som kallas solitonvågor, som är ljusvågor som bibehåller sin form över långa avstånd.

Solitons identifierades först i början av 1800 -talet, inte i ljus utan i vattenvågor i Englands industrikanaler.

"Det faktum att solitonvågor i ljus behåller sin form betyder att de är utmärkta för ett brett spektrum av applikationer, inklusive telekommunikation och spektrometri, "sade huvudförfattaren Dr Antoine Runge från School of Physics.

"Dock, medan lasrar som producerar dessa solitons är enkla att göra, de packar inte mycket slag. Ett helt annat-och dyrt-fysiskt system krävs för att producera de högenergiska optiska pulser som används vid tillverkning. "

Medförfattare Dr Andrea Blanco-Redondo, Chef för Silicon Photonics på Nokia Bell Labs i USA, sa:"Soliton -lasrar är de enklaste, kostnadseffektivt och robust sätt att uppnå dessa korta utbrott. Dock, tills nu, konventionella solitonlasrar kunde inte leverera tillräckligt med energi.

"Våra resultat har potential att göra solitonlasrar användbara för biomedicinska applikationer, "sa Dr Blanco-Redondo, som tidigare var vid University of Sydney Nano Institute.

Denna forskning bygger på tidigare arbete etablerat av teamet vid University of Sydney Institute for Photonics and Optical Science, som publicerade sin upptäckt av renkvartiska solitoner 2016.

En ny lag inom laserfysik

I en vanlig solitonlaser, ljusets energi är omvänt proportionell mot dess pulslängd, demonstreras av ekvationen E =1/τ. Om du halverar ljusets pulstid, du får dubbelt så mycket energi.

Med hjälp av kvartiska solitoner, ljusets energi är omvänt proportionell mot den tredje effekten av pulstiden, eller E =1/τ ³ . Det betyder att om din puls är halverad, energin den levererar under den tiden multipliceras med en faktor åtta.

"Det är denna demonstration av en ny lag inom laserfysik som är viktigast i vår forskning, "Dr Runge sa." Vi har visat att E =1/τ ³ och vi hoppas att detta kommer att förändra hur lasrar kan appliceras i framtiden. "

Genom att fastställa detta principbevis kan teamet göra kraftfullare solitonlasrar.

Dr Blanco-Redondo sa:"I denna forskning producerade vi pulser som är så korta som en biljonedel av en sekund, men vi har planer på att bli mycket kortare än så. "

"Vårt nästa mål är att producera femtosekunds varaktighetspulser - en kvadriljondel av en sekund, "Dr Runge sa." Detta kommer att innebära ultrakorte laserpulser med hundratals kilowatt toppeffekt. "

Professor De Sterke sa:"Vi hoppas att denna typ av laser kan öppna ett nytt sätt att applicera laserljus när vi behöver hög topp energi men där basmaterialet inte skadas."