Le Dr Antoine Runge dans un laboratoire de l'École de physique de l'Université de Sydney. Crédit :Louise Cooper/Université de Sydney
Les scientifiques ont développé un nouveau type de laser qui peut fournir de grandes quantités d'énergie en très peu de temps, avec des applications potentielles en chirurgie oculaire et cardiaque ou en ingénierie de matériaux délicats.
Le directeur de l'Institut de photonique et d'optique de l'Université de Sydney, Professeur Martijn de Sterke, a déclaré :« Ce laser a la propriété que, lorsque sa durée d'impulsion diminue à moins d'un billionième de seconde, son énergie pourrait passer par le toit.
« Cela en fait des candidats idéaux pour le traitement de matériaux nécessitant des impulsions puissantes. Une application pourrait être en chirurgie cornéenne, qui repose sur l'élimination en douceur de la matière de l'œil. Cela nécessite de solides, de courtes impulsions lumineuses qui ne chauffent pas et n'endommagent pas la surface."
La recherche est publiée aujourd'hui dans Photonique de la nature .
Les scientifiques sont parvenus à ce résultat remarquable en revenant à une technologie laser simple, courante dans les télécommunications, métrologie et spectroscopie. Ces lasers utilisent un effet connu sous le nom d'ondes solitons, qui sont des ondes lumineuses qui conservent leur forme sur de longues distances.
Les solitons ont été identifiés pour la première fois au début du XIXe siècle, non pas dans la lumière mais dans les vagues de l'eau dans les canaux industriels d'Angleterre.
"Le fait que les ondes solitons à la lumière conservent leur forme signifie qu'elles sont excellentes pour un large éventail d'applications, y compris les télécommunications et la spectrométrie, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Antoine Runge de l'École de physique.
"Toutefois, alors que les lasers produisant ces solitons sont simples à fabriquer, ils n'ont pas beaucoup de punch. Un système physique complètement différent et coûteux est nécessaire pour produire les impulsions optiques à haute énergie utilisées dans la fabrication. »
Co-auteur Dr Andrea Blanco-Redondo, Responsable de la photonique sur silicium chez Nokia Bell Labs aux États-Unis, a déclaré :« Les lasers Soliton sont les plus simples, moyen rentable et robuste d'obtenir ces courtes rafales. Cependant, jusqu'à maintenant, les lasers solitons conventionnels ne pouvaient pas fournir assez d'énergie.
"Nos résultats ont le potentiel de rendre les lasers solitons utiles pour des applications biomédicales, " a déclaré le Dr Blanco-Redondo, qui était auparavant à l'Université de Sydney Nano Institute.
Cette recherche s'appuie sur des travaux antérieurs établis par l'équipe de l'Institut de photonique et d'optique de l'Université de Sydney, qui a publié sa découverte de solitons quartiques purs en 2016.
Une nouvelle loi en physique laser
Dans un laser soliton normal, l'énergie de la lumière est inversement proportionnelle à sa durée d'impulsion, démontré par l'équation E =1/τ. Si vous divisez par deux le temps d'impulsion de la lumière, vous obtenez deux fois plus d'énergie.
En utilisant des solitons quartiques, l'énergie de la lumière est inversement proportionnelle à la troisième puissance de la durée d'impulsion, ou E =1/τ 3 . Cela signifie que si votre temps d'impulsion est réduit de moitié, l'énergie qu'il délivre pendant ce temps est multipliée par un facteur de huit.
"C'est cette démonstration d'une nouvelle loi en physique des lasers qui est la plus importante dans notre recherche, " a déclaré le Dr Runge. " Nous avons montré que E =1/τ 3 et nous espérons que cela changera la façon dont les lasers peuvent être appliqués à l'avenir."
L'établissement de cette preuve de principe permettra à l'équipe de fabriquer des lasers solitons plus puissants.
Le Dr Blanco-Redondo a déclaré :« Dans cette recherche, nous avons produit des impulsions aussi courtes qu'un billionième de seconde, mais nous avons des plans pour être beaucoup plus courts que cela."
"Notre prochain objectif est de produire des impulsions d'une durée femtoseconde - un quadrillionième de seconde, " a déclaré le Dr Runge. " Cela signifiera des impulsions laser ultra-courtes avec des centaines de kilowatts de puissance de crête. "
Le professeur De Sterke a déclaré :"Nous espérons que ce type de laser pourra ouvrir une nouvelle voie pour appliquer la lumière laser lorsque nous avons besoin d'une énergie de pointe élevée mais où le matériau de base n'est pas endommagé."
