Ученые из института Фотоники и оптики Сиднейского университета, Австралия, разработали лазер, основанный на совершенно новых физических принципах, за счет которых он может вырабатывать сверхкороткие импульсы света, в которых сосредоточена огромная энергия. Работа этого лазера основана на использовании так называемых биквадратных солитонов, нового физического эффекта, открытого учеными этого же института в 2016 году.
Отметим, что на свете существуют лазеры, использующие простые солитоны, называемые “кристаллами света” и которые являются волнами света, способными сохранять свою форму на больших расстояниях. И такие лазеры уже достаточно давно используются в телекоммуникациях, метрологии, спектрометрии и медицине. Они просты и недороги в изготовлении, но они обладают одним существенным недостатком – весьма малой мощностью генерируемых ими импульсов света.
Согласно законам физики энергия импульса обычного солитонного лазера обратно пропорциональна длительности этого импульса, E = 1/t. Если длительность импульса сокращается в два раза, то его энергия увеличивается пропорционально, тоже в два раза. Однако, если в основе лазера лежит использование биквадратных солитонов, то энергия импульса уже становится обратно пропорциональна длительности в третьей степени, E = 1/t^3. И в таком случае двукратное сокращение длительности импульса приведет к восьмикратному увеличению его энергии.
В своих исследованиях австралийские ученые экспериментально доказали, что соотношение длительности и энергии импульса света нового лазера подчиняется именно формуле E = 1/t^3. И именно в этом скрывается возможность создания лазеров, обладающих большей импульсной пиковой мощностью, чем любые современные лазеры.
В настоящее время опытный образец биквадратного солитонного лазера способен вырабатывать импульсы, длительностью в одну триллионную долю секунды, пиковая мощность которых исчисляется единицами и десятками Ватт. Но в дальнейшем ученые планируют добиться сокращения длительности импульса до нескольких фемтосекунд, квадриллионных долей секунды, после чего пиковая мощность этих импульсов будет исчисляться уже сотнями киловатт.
И если австралийским ученым удастся воплотить свои задумки в жизнь, то созданный ими лазер найдет массу областей для его практического применения, в первую очередь там, где требуется обработка чего-либо светом высокой интенсивности с исключением риска нагрева и теплового повреждения обрабатываемого материала. К примеру, в лазерной хирургии, где луч света не должен наносить повреждений тканям, находящимся рядом с местом проведения операции.