Dr. Antoine Runge em um laboratório na Escola de Física da Universidade de Sydney. Crédito:Louise Cooper / University of Sydney
Os cientistas desenvolveram um novo tipo de laser que pode fornecer grandes quantidades de energia em rajadas de tempo muito curtas, com aplicações potenciais em cirurgia ocular e cardíaca ou na engenharia de materiais delicados.
O Diretor do Instituto de Fotônica e Ciência Ótica da University of Sydney, Professor Martijn de Sterke, disse:"Este laser tem a propriedade de que, à medida que a duração do pulso diminui para menos de um trilionésimo de segundo, sua energia pode ir para o telhado.
“Isso os torna candidatos ideais para o processamento de materiais que exigem curto, pulsos poderosos. Uma aplicação pode ser em cirurgia da córnea, que depende da remoção cuidadosa do material do olho. Isso requer forte, pulsos de luz curtos que não aquecem e danificam a superfície. "
A pesquisa foi publicada hoje em Nature Photonics .
Os cientistas alcançaram este resultado notável retornando a uma tecnologia laser simples que é comum nas telecomunicações, metrologia e espectroscopia. Esses lasers usam um efeito conhecido como ondas de soliton, que são ondas de luz que mantêm sua forma em longas distâncias.
Solitons foram identificados pela primeira vez no início do século 19, não na luz, mas nas ondas de água nos canais industriais da Inglaterra.
"O fato de as ondas de soliton na luz manterem sua forma significa que são excelentes para uma ampla gama de aplicações, incluindo telecomunicações e espectrometria, "disse o autor principal, Dr. Antoine Runge, da Escola de Física.
"Contudo, enquanto os lasers que produzem esses solitons são simples de fazer, eles não têm muito poder. Um sistema físico completamente diferente - e caro - é necessário para produzir os pulsos ópticos de alta energia usados na fabricação. "
Coautora Dra. Andrea Blanco-Redondo, Chefe de Silicon Photonics no Nokia Bell Labs nos EUA, disse:"Os lasers Soliton são os mais simples, maneira econômica e robusta de obter essas explosões curtas. Contudo, até agora, lasers soliton convencionais não conseguiam fornecer energia suficiente.
"Nossos resultados têm o potencial de tornar os lasers soliton úteis para aplicações biomédicas, "disse o Dr. Blanco-Redondo, que estava anteriormente no University of Sydney Nano Institute.
Esta pesquisa se baseia em trabalhos anteriores estabelecidos pela equipe do Instituto de Fotônica e Ciência Ótica da Universidade de Sydney, que publicou sua descoberta de sólidos quárticos puros em 2016.
Uma nova lei na física do laser
Em um laser soliton normal, a energia da luz é inversamente proporcional à duração de seu pulso, demonstrado pela equação E =1 / τ. Se você reduzir pela metade o tempo de pulso da luz, você obtém o dobro da quantidade de energia.
Usando solitons quárticos, a energia da luz é inversamente proporcional à terceira potência da duração do pulso, ou E =1 / τ 3 . Isso significa que se o tempo de seu pulso for reduzido pela metade, a energia que ele fornece naquele tempo é multiplicada por um fator de oito.
"É esta demonstração de uma nova lei na física do laser que é mais importante em nossa pesquisa, "Dr. Runge disse." Nós mostramos que E =1 / τ 3 e esperamos que isso mude a forma como os lasers podem ser aplicados no futuro. "
Estabelecer esta prova de princípio permitirá que a equipe faça lasers Soliton mais poderosos.
Dr. Blanco-Redondo disse:"Nesta pesquisa, produzimos pulsos que são tão curtos quanto um trilionésimo de segundo, mas temos planos de ficar muito mais curtos do que isso. "
"Nosso próximo objetivo é produzir pulsos de duração de femtossegundo - um quatrilionésimo de segundo, "Dr. Runge disse." Isso significará pulsos de laser ultracurtos com centenas de quilowatts de potência de pico. "
Professor De Sterke disse:"Esperamos que este tipo de laser possa abrir uma nova maneira de aplicar a luz do laser quando precisamos de energia de pico alto, mas onde o material de base não está danificado."