Når lasere trækker vejret
Nogle lasere opfører sig ikke som almindelige lyskilder. De pulserer. De skifter mellem stærkt og svagt lys igen og igen. Det ligner næsten, at lyset trækker vejret.
Fysikere kalder dem breather-lasere. I årevis har de undret sig over, hvorfor disse lysbølger ikke holder en fast form, men i stedet udvider sig og trækker sig sammen.
Problemet med to forskellige rytmer
Ultrafaste lasere sender ekstremt korte lysglimt. De måles i femtosekunder. De bruges til alt fra øjenoperationer til præcisionsskæring.
Lysstrålen bevæger sig rundt inde i laserens hulrum. Under visse betingelser danner den en soliton – en stabil bølgepakke, der bevarer sin form. Men nogle gange svinger den i stedet. Den bliver bredere. Den bliver snævrere. Det sker hver gang lyset passerer rundt.
Forskere havde set to helt forskellige former for denne bevægelse.
Når effekten er høj nok, sker svingningerne hurtigt. En hel cyklus tager kun få runder gennem laserens hulrum.
Når effekten er lav, bliver rytmen langsom. Det kan kræve hundredevis af runder, før en cyklus er slut.
Det så ud til, at to forskellige fysikregler var på spil.
En samlet forklaring
Nu viser en international forskergruppe, at man kan forklare begge rytmer med én model.
De har set på to tidsforløb på én gang. Det ene er det hurtige, hvor lyset hopper rundt i laserens hulrum. Det andet er det langsommere, hvor energitilførslen ændrer sig.
Ved at kombinere disse to, kan man nu forstå både den hurtige og den langsomme vejrtrækning.
Nedenunder en vis effektgrænse er det især energitilførslen, der pulserer. Det kaldes Q-switching.
Over grænsen dominerer en anden effekt. Lysets egne interaktioner får det til at udvide og indsnævre sig.
To rytmer. Én forklaring.
Praktisk betydning
En bedre forståelse af disse svingninger er vigtig.
De fleste anvendelser af ultrafaste lasere kræver præcis og stabilt lys.
Med den nye model kan ingeniører designe systemer uden at skulle teste adskillige scenarier.
De har nu et samlet redskab, der dækker både høje og lave effekter.
Fremtiden
Ultrafaste lasere bruges stadig flere steder. De spiller en rolle i medicin, industri og kvanteteknologi.
Med en samlet model kan udviklingen gå hurtigere.