Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo tipo di laser in grado di fornire elevate quantità di energia in brevissimi lampi di tempo, con potenziali applicazioni in chirurgia oculistica e cardiaca o nell'ingegneria di materiali delicati.

Il direttore dell'Istituto di fotonica e scienze ottiche dell'Università di Sydney, Professor Martijn de Sterke, ha detto:"Questo laser ha la proprietà che quando la sua durata dell'impulso diminuisce a meno di un trilionesimo di secondo, la sua energia potrebbe passare attraverso il tetto.

"Questo li rende candidati ideali per la lavorazione di materiali che richiedono brevi, impulsi potenti. Un'applicazione potrebbe essere in chirurgia corneale, che si basa sulla rimozione delicata del materiale dall'occhio. Ciò richiede forti, brevi impulsi luminosi che non scaldano e non danneggiano la superficie."

La ricerca è pubblicata oggi in Fotonica della natura .

Gli scienziati hanno ottenuto questo notevole risultato tornando a una semplice tecnologia laser comune nelle telecomunicazioni, metrologia e spettroscopia. Questi laser utilizzano un effetto noto come onde solitoniche, che sono onde di luce che mantengono la loro forma su lunghe distanze.

I solitoni furono identificati per la prima volta all'inizio del XIX secolo, non nella luce ma nelle onde d'acqua nei canali industriali dell'Inghilterra.

"Il fatto che le onde solitoniche nella luce mantengano la loro forma significa che sono eccellenti per un'ampia gamma di applicazioni, comprese le telecomunicazioni e la spettrometria, " ha detto l'autore principale Dr. Antoine Runge della School of Physics.

"Però, mentre i laser che producono questi solitoni sono semplici da realizzare, non imballano molto pugno. Per produrre gli impulsi ottici ad alta energia utilizzati nella produzione è necessario un sistema fisico completamente diverso e costoso".

Co-autore Dott. Andrea Blanco-Redondo, Responsabile della Silicon Photonics presso i Nokia Bell Labs negli Stati Uniti, ha detto:"I laser Solito sono i più semplici, modo economico e robusto per ottenere queste brevi raffiche. Però, fino ad ora, i laser solitoni convenzionali non potevano fornire energia sufficiente.

"I nostri risultati hanno il potenziale per rendere i laser solitoni utili per applicazioni biomediche, " ha detto il dottor Blanco-Redondo, che in precedenza era al Nano Institute dell'Università di Sydney.

Questa ricerca si basa sul lavoro precedente stabilito dal team dell'Istituto per la fotonica e la scienza ottica dell'Università di Sydney, che ha pubblicato la sua scoperta dei solitoni quartici puri nel 2016.

Una nuova legge nella fisica del laser

In un normale laser a solitoni, l'energia della luce è inversamente proporzionale alla sua durata dell'impulso, dimostrato dall'equazione E =1/τ. Se dimezzi il tempo di impulso della luce, ottieni il doppio della quantità di energia.

Usando solitoni quartici, l'energia della luce è inversamente proporzionale alla terza potenza della durata dell'impulso, o E =1/τ ³ . Ciò significa che se il tempo del polso è dimezzato, l'energia che eroga in quel tempo viene moltiplicata per un fattore otto.

"È questa dimostrazione di una nuova legge nella fisica dei laser la cosa più importante nella nostra ricerca, " Disse il Dr. Runge. "Abbiamo mostrato che E =1/τ ³ e speriamo che questo cambierà il modo in cui i laser possono essere applicati in futuro."

Stabilire questa prova di principio consentirà al team di realizzare laser solitoni più potenti.

Il Dr. Blanco-Redondo ha dichiarato:"In questa ricerca abbiamo prodotto impulsi brevi come un trilionesimo di secondo, ma abbiamo in programma di essere molto più brevi di così".

"Il nostro prossimo obiettivo è produrre impulsi della durata di femtosecondi:un quadrilionesimo di secondo, " Ha detto il dottor Runge. "Questo significherà impulsi laser ultra-corti con centinaia di kilowatt di potenza di picco".

Il professor De Sterke ha dichiarato:"Speriamo che questo tipo di laser possa aprire un nuovo modo di applicare la luce laser quando abbiamo bisogno di un'elevata energia di picco ma dove il materiale di base non è danneggiato".