Med hjälp av Advanced Laser Light Source (ALLS) -funktionen, forskargruppen till professor François Légaré vid Institut national de la recherche scientifique (INRS) har skjutit tillbaka gränserna för högenergipulsutbredning i ett olinjärt medium genom observation av högenergi flerdimensionella ensamma stater. Detta genombrott gör det möjligt att direkt generera extremt korta och intensiva, laserpulser som är mycket stabila i tid och rum. Resultaten av detta arbete publicerades i Nature Photonics .

Vanliga lasersystem begränsar driften till ett enda tvärgående läge, vilket sätter en övre gräns för laserteknik. Än så länge, högre dimensioner har ansetts vara skadliga eftersom de är benägna att hög instabilitet och kollaps. Detta gör den vetenskapliga effekten av detta arbete anmärkningsvärd. De observerade självbärande flerdimensionella vågpaketen drivs av picosekund, nära-infraröda pumppulser i en gasfylld ihålig fiber, vilket kommer att vara av stort intresse för många forskare runt om i världen.

Dessa flerdimensionella ensamma stater har också en enorm teknisk inverkan.

INRS-forskare kunde generera sammanhängande ljusfält med hög energi och spatiotemporally konstruerade. Denna upptäckt kan leda till genombrott inom laservetenskap för ett brett spektrum av applikationer. Forskningen innebär enorma teoretiska framsteg, mycket komplexa numeriska simuleringar och systematiska experimentella studier. Det utfördes i ALLS -anläggningen på INRS, en forskningsanläggning i världsklass med fokus på att utveckla nya typer av lasrar med revolutionerande applikationer.

"Ljus på höga energinivåer beter sig annorlunda än vad vi trodde, "säger Reza Safaei, Ph.D. student på INRS, "Vi kunde designa systemet som fungerar i en överdriven, kaotisk regim där dramatisk olinjär förbättring sker av sig själv. Interaktioner mellan flerdimensionella tillstånd orsakar faktiskt att ljuset i laserpulserna självorganiserar mot mycket stabila flerdimensionella tillstånd. Detta är en stor överraskning, eftersom dessa ensamma stater kommer ur ett mycket instabilt kaos, som att höra en lapp som kommer ur en trumma! "

"Den omedelbara tekniska effekten av detta arbete är generering av fåcykliska pulser från picosekund Yb-drivrutiner med hjälp av en enkel, robust, och effektivt tillvägagångssätt som ger en ny laserteknik för starkfältets fysik, "sa Guangyu Fan, Ph.D. student på INRS.

"Det är särskilt användbart för skalning av extrema ultravioletta (XUV) och mjuka röntgenkällor på bordsskivor upp till högre fotonenergier på grund av den längre centrala våglängden för utgångsstrålen, "sade professor François Légaré." När vi ser på framtiden, lasrar och förstärkare som elegant kan fungera i flerdimensionella tillstånd kan ha betydligt högre effekt än enheter baserade på ett enda läge, med betydande kontrollerbar olinjär förbättring. Denna möjlighet sträcker sig bortom ultrasnabb laserteknik till all laservetenskap, eftersom dimensionalitet och rumsliga/spatiotemporala olineariteter representerar viktiga begränsningar för högeffektlasrar av alla slag. "

Teamet tror att denna idé kan driva lasertekniken framåt, som i stort sett har varit låst i ett läge i mer än 20 år. Detta gör det möjligt att utveckla mycket kompakta, högeffektslasersystem med en mängd olika industriella tillämpningar, inklusive mikromaskinering och materialbearbetning. Dessutom, denna innovativa laserteknologi används nu för att utveckla en mycket kompakt bordsskiva, ultrakorta röntgenkällor med potentiella tillämpningar för spårning av ultrasnabba fenomen som kemiska reaktioner och magnetiseringsdynamik, samt för biomedicinsk avbildning med hög rumsupplösning i vattenfönsterns spektralområde. INRS har också skyddat immateriella rättigheter relaterade till denna potentiellt revolutionerande lasermetod.