发明新型“孤立子”激光器，万亿分之一秒内就能达到峰值能量！

科学家开发出一种新型激光器，可以在很短的时间内产生大量能量，在眼科和心脏手术或精细材料工程中具有潜在的应用价值。悉尼大学光子学和光学科学研究所所长马提金·德·斯特克教授说：这种激光器的特性是，当脉冲持续时间减少到万亿分之一秒以下时，能量也可以“瞬间”达到峰值，这使得它成为处理需要短而强大脉冲材料的理想候选者。

一种应用可能是角膜手术，这依赖于轻轻地将物质从眼睛中移除，这需要不会加热和损害表面强而短的光脉冲，其研究成果发表在《自然光子学》期刊上。科学家通过回归一种在电信、计量学和光谱学中常见的简单激光技术，取得了这一显著结果。这些激光器使用一种称为“孤立子”波的效应，这是一种在很长距离内保持形状的光波。孤立子在19世纪初首次被发现，然而它不是在光中发现的，而是在英国工业运河的水波中发现。

来自物理学院的主要作者Antoine Runge博士说：光中的孤立子波，保持其形状的事实，意味着它们在包括电信和光谱分析在内的广泛应用中都极好。然而，尽管产生这些孤立子的激光器很容易制造，但它们不会带来太大的冲击力。要产生制造中使用的高能光脉冲，需要完全不同的物理系统。该研究的合著者、美国诺基亚贝尔实验室的硅光子学负责人Andrea Blanco-Redondo博士说：

孤立子激光是实现这些短脉冲最简单、最具成本效益和最强大的方法。然而，到目前为止，传统的孤立子激光还不能提供足够的能量，新研究有可能使孤立子激光在生物医学应用中发挥作用。这项研究建立在悉尼大学光子学和光学科学研究所团队早先建立的研究基础上，该研究所于2016年发表了对纯四阶孤子的发现。

激光物理中的新定律

在普通孤子激光器中，光的能量与其脉冲宽度成反比，由方程E=1/τ证明，如果把光的脉冲时间减半，就会得到两倍的能量。使用四次孤立子，光的能量与脉冲持续时间的三次幂成反比，即E=1/τ3。这意味着如果脉冲时间减半，它在这段时间内传递的能量将乘以8倍。在研究中，最重要的是激光物理中一条新定律证明，研究经证明了E=1/τ3，这将改变激光在未来的应用方式。

建立这一新定律的证明，将使研究团队能够制造更强大的孤立子激光器。在这项研究中，产生了短至万亿分之一秒的脉冲，但研究计划可以获得更短的脉冲。研究的下一个目标是产生持续时间为飞秒的脉冲，这将意味着峰值功率达数百千瓦的超短激光脉冲。这种类型的激光器，能为我们在需要高峰值能量但基材不受损的情况下，应用激光开辟了一条新的途径！

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博科园｜研究/来自：悉尼大学

研究发表期刊《自然光子学》

DOI: 10.1038/s41566-020-0629-6

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