Utilizzando la funzione Advanced Laser Light Source (ALLS), il gruppo di ricerca del professor François Légaré dell'Institut national de la recherche scientifique (INRS) ha spostato i confini della propagazione di impulsi ad alta energia in un mezzo non lineare attraverso l'osservazione di stati solitari multidimensionali ad alta energia. Questa svolta consente la generazione diretta di immagini estremamente brevi e intense, impulsi laser altamente stabili nel tempo e nello spazio. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in Fotonica della natura .

I comuni sistemi laser limitano il funzionamento a una singola modalità trasversale, che pone un limite superiore alla tecnologia laser. Finora, dimensioni più elevate sono state considerate dannose poiché sono soggette a elevata instabilità e collasso. Ciò rende l'impatto scientifico di questo lavoro notevole. I pacchetti d'onda multidimensionali autosufficienti osservati sono guidati da picosecondi, impulsi della pompa nel vicino infrarosso in una fibra cava riempita di gas, che sarà di notevole interesse per molti scienziati in tutto il mondo.

Questi stati solitari multidimensionali hanno anche un enorme impatto tecnologico.

I ricercatori dell'INRS sono stati in grado di generare campi di luce coerenti ad alta energia e spazio-temporalmente progettati. Questa scoperta potrebbe portare a scoperte nella scienza del laser per un'ampia gamma di applicazioni. La ricerca comporta enormi progressi teorici, simulazioni numeriche molto complesse e studi sperimentali sistematici. È stato eseguito nella struttura ALLS dell'INRS, una struttura di ricerca di livello mondiale focalizzata sullo sviluppo di nuovi tipi di laser con applicazioni rivoluzionarie.

"La luce ad alti livelli di energia si comporta diversamente da come pensavamo, "dice Reza Safaei, dottorato di ricerca studente presso INRS, "Siamo stati in grado di progettare il sistema lavorando in un overdrive, regime caotico in cui il drammatico miglioramento non lineare avviene da solo. Le interazioni tra stati multidimensionali in realtà fanno sì che la luce negli impulsi laser si auto-organizzi verso stati multidimensionali altamente stabili. Questa è una grande sorpresa, poiché questi stati solitari escono da un caos altamente instabile, come sentire una nota che esce da un tamburo!"

"L'impatto tecnologico immediato di questo lavoro è la generazione di impulsi di pochi cicli da laser driver Yb a picosecondi utilizzando un semplice, robusto, ed efficiente approccio che fornisce una nuova tecnologia laser per la fisica del campo forte, " ha detto Guangyu Fan, dottorato di ricerca studente all'INRS.

"È particolarmente utile per ridimensionare le sorgenti di raggi X ultravioletti (XUV) e molli da tavolo fino a energie di fotoni più elevate a causa della lunghezza d'onda centrale più lunga del raggio di uscita, ", ha affermato il professor François Légaré. "Guardando al futuro, i laser e gli amplificatori che possono lavorare elegantemente in stati multidimensionali possono avere una potenza significativamente maggiore rispetto ai dispositivi basati su una singola modalità, con un significativo miglioramento non lineare controllabile. Questa possibilità si estende oltre la tecnologia laser ultraveloce a tutta la scienza laser, poiché la dimensionalità e le non linearità spazio/spaziotemporali rappresentano limitazioni chiave per i laser ad alta potenza di tutti i tipi."

Il team ritiene che questa idea potrebbe portare avanti la tecnologia laser, che è stato praticamente bloccato in una modalità per più di 20 anni. Ciò consentirà lo sviluppo di dispositivi molto compatti, sistemi laser ad alta potenza con un'ampia varietà di applicazioni industriali, compresa la microlavorazione e la lavorazione del materiale. Inoltre, questa innovativa tecnologia laser viene ora utilizzata per sviluppare piani da tavolo molto compatti, sorgenti di raggi X ultracorti con potenziali applicazioni per il tracciamento di fenomeni ultraveloci come reazioni chimiche e dinamiche di magnetizzazione, così come per l'imaging biomedico ad alta risoluzione spaziale nella gamma spettrale della finestra dell'acqua. L'INRS ha anche protetto la proprietà intellettuale relativa a questo metodo laser potenzialmente rivoluzionario.