Met behulp van de geavanceerde laserlichtbron (ALLS)-faciliteit, het onderzoeksteam van professor François Légaré van het Institut national de la recherche scientifique (INRS) heeft de grenzen van hoogenergetische pulsvoortplanting in een niet-lineair medium verlegd door observatie van hoogenergetische multidimensionale solitaire toestanden. Deze doorbraak maakt het mogelijk om direct extreem korte en intense, laserpulsen die zeer stabiel zijn in tijd en ruimte. De resultaten van dit werk zijn gepubliceerd in Natuurfotonica .

Gemeenschappelijke lasersystemen beperken de werking tot een enkele transversale modus, die een bovengrens stelt aan lasertechnologie. Tot dusver, hogere afmetingen zijn als schadelijk beschouwd omdat ze vatbaar zijn voor hoge instabiliteit en instorting. Dit maakt de wetenschappelijke impact van dit werk opmerkelijk. De waargenomen zelfvoorzienende multidimensionale golfpakketten worden aangedreven door picoseconde, nabij-infrarood pomppulsen in een met gas gevulde holle-kernvezel, die van groot belang zal zijn voor veel wetenschappers over de hele wereld.

Deze multidimensionale eenzame staten hebben ook een enorme technologische impact.

INRS-onderzoekers waren in staat om coherente lichtvelden met hoge energie en tijdruimtelijk te genereren. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot doorbraken in de laserwetenschap voor een breed scala aan toepassingen. Het onderzoek brengt enorme theoretische vooruitgang met zich mee, zeer complexe numerieke simulaties en systematische experimentele studies. Het werd uitgevoerd in de ALLS-faciliteit bij INRS, een onderzoeksfaciliteit van wereldklasse die zich richt op de ontwikkeling van nieuwe soorten lasers met revolutionaire toepassingen.

"Licht op hoge energieniveaus gedraagt ​​zich anders dan we dachten, " zegt Reza Safaei, doctoraat student bij INRS, "We waren in staat om het systeem te ontwerpen in een overstuurde, chaotisch regime waar dramatische niet-lineaire verbetering vanzelf plaatsvindt. Interacties tussen multidimensionale toestanden zorgen er feitelijk voor dat het licht in de laserpulsen zichzelf organiseert naar zeer stabiele multidimensionale toestanden. Dit is een grote verrassing, aangezien deze eenzame staten voortkomen uit een zeer onstabiele chaos, alsof je een noot uit een trommel hoort komen!"

"De onmiddellijke technologische impact van dit werk is het genereren van pulsen met een paar cycli van picoseconde Yb-driverlasers met behulp van een eenvoudige, robuust, en efficiënte aanpak die een nieuwe lasertechnologie biedt voor sterke veldfysica, " zei Guangyu Fan, doctoraat student aan INRS.

"Het is vooral handig voor het schalen van extreem-ultraviolet (XUV) en zachte röntgenbronnen op tafelbladen tot hogere fotonenergieën vanwege de langere centrale golflengte van de uitgangsbundel, " zei professor François Légaré. "Als we naar de toekomst kijken, lasers en versterkers die elegant kunnen werken in multidimensionale toestanden, kunnen een aanzienlijk hoger vermogen hebben dan apparaten op basis van een enkele modus, met significante controleerbare niet-lineaire verbetering. Deze mogelijkheid gaat verder dan ultrasnelle lasertechnologie tot alle laserwetenschap, aangezien dimensionaliteit en ruimtelijke/spatiotemporele niet-lineariteiten belangrijke beperkingen vertegenwoordigen voor allerlei soorten krachtige lasers."

Het team gelooft dat dit idee de lasertechnologie vooruit kan helpen, die al meer dan 20 jaar vrijwel in één modus is vergrendeld. Dit zal de ontwikkeling van zeer compacte, krachtige lasersystemen met een breed scala aan industriële toepassingen, inclusief microbewerking en materiaalverwerking. In aanvulling, deze innovatieve lasertechnologie wordt nu gebruikt om een ​​zeer compact tafelblad te ontwikkelen, ultrakorte röntgenbronnen met mogelijke toepassingen voor het volgen van ultrasnelle verschijnselen zoals chemische reacties en magnetisatiedynamica, evenals voor biomedische beeldvorming met hoge ruimtelijke resolutie in het spectrale bereik van het watervenster. INRS heeft ook de intellectuele eigendom beschermd met betrekking tot deze potentieel revolutionaire lasermethode.