طور العلماء نوعًا جديدًا من الليزر يمكنه توليد كمية كبيرة من الطاقة في وقت قصير ، ولديه قيمة تطبيق محتملة في طب العيون وجراحة القلب أو هندسة المواد الدقيقة. قال الأستاذ مارتن ستوكر ، مدير معهد الفوتونات والعلوم البصرية في جامعة سيدني: إن خاصية هذا الليزر هي أنه عندما يتم تقليل مدة النبض إلى أقل من تريليون من الثانية ، يمكن للطاقة " يتم الوصول إلى الذروة ، مما يجعلها مرشحًا مثاليًا لمعالجة المواد النبضية القصيرة والقوية.

قد يكون أحد التطبيقات هو جراحة القرنية ، والتي تعتمد على إزالة المواد من العين بلطف ، والتي تتطلب نبضات ضوئية قوية وقصيرة لا تسخن وتتلف السطح. ونشرت نتائج أبحاثهم في مجلة Natural Photonics. حقق العلماء هذه النتيجة الرائعة بالعودة إلى تقنية ليزر بسيطة توجد بشكل شائع في الاتصالات والمعايرة والتحليل الطيفي. تستخدم هذه الليزر تأثير يسمى " سوليتون " وهي موجة خفيفة تحافظ على شكلها على مسافة طويلة. تم اكتشاف soliton لأول مرة في أوائل القرن التاسع عشر ، ولكن لم يتم العثور عليه في الضوء ، ولكن في موجات القناة الصناعية البريطانية.

قال الدكتور أنطوان رونج ، المؤلف الرئيسي لكلية الفيزياء: إن حقيقة أن موجات soliton في الضوء تحافظ على شكلها تعني أنها ممتازة في مجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك الاتصالات السلكية واللاسلكية والتحليل الطيفي. ومع ذلك ، على الرغم من سهولة تصنيع الليزر التي تنتج هذه السوليتونات ، إلا أنها لن تحقق الكثير من التأثير. يتطلب توليد نبضات ضوئية عالية الطاقة مستخدمة في التصنيع أنظمة فيزيائية مختلفة تمامًا. قالت الدكتورة أندريا بلانكو-ريدوندو ، المؤلفة المشاركة للدراسة ورئيس الفوتونات السليكونية في مختبرات نوكيا بيل في الولايات المتحدة: إن الليزر المنفرد هو أبسط الطرق وأكثرها فعالية من حيث التكلفة وأقوىها لتحقيق هذه النبضات القصيرة. ومع ذلك ، حتى الآن ، لم تتمكن ليزر soliton التقليدية من توفير طاقة كافية ، وقد تجعل الأبحاث الجديدة من ليزر soliton أن تلعب دورًا في التطبيقات الطبية الحيوية.

  يعتمد هذا البحث على البحث الذي تم إنشاؤه سابقًا من قبل فريق معهد الفوتونات والعلوم البصرية في جامعة سيدني ، والذي نشر اكتشاف المواد المنفصلة من الدرجة الرابعة في عام 2016.

قوانين جديدة في فيزياء الليزر

في الليزر المنفرد العادي ، تتناسب طاقة الضوء عكسًا مع عرض النبض. ثبت بالمعادلة E = 1 / τ أنه إذا انخفض وقت نبضة الضوء إلى النصف ، فسوف تحصل على ضعف الطاقة. مع soliton أربع مرات ، تتناسب طاقة الضوء عكسًا مع القوة الثالثة لمدة النبض ، أي E = 1 / τ3. هذا يعني أنه إذا تم تقليل وقت النبض إلى النصف ، سيتم مضاعفة الطاقة التي يوفرها خلال هذا الوقت بمقدار 8 مرات. أهم شيء في البحث هو قانون جديد في فيزياء الليزر. يثبت البحث أن E = 1 / τ3 ، الأمر الذي سيغير تطبيق الليزر في المستقبل.

إن إثبات وضع هذا القانون الجديد سيمكن فريق البحث من تصنيع ليزرات سولتون أقوى. في هذه الدراسة ، تم توليد نبضات قصيرة مثل تريليون جزء من الثانية ، ولكن يمكن لمشروع البحث الحصول على نبضات أقصر. الهدف التالي من الدراسة هو توليد نبضات مدتها فمتوثانية ، وهو ما يعني نبضات ليزر قصيرة للغاية ذات قدرة ذروة تبلغ مئات كيلووات. يمكن لهذا النوع من الليزر أن يفتح طريقة جديدة لنا لتطبيق الليزر عند الحاجة إلى طاقة ذروة عالية ولكن الركيزة غير تالفة!