Ультрафастові лазери, які пульсують ніби на вдих і видих, довго залишалися однією з найбільш упертих загадок лазерної фізики. Тепер міжнародна команда дослідників, зокрема науковиця з Астонського університету, нарешті знайшла ключ до цього явища.
Річ у тім, що всередині таких лазерів світлові імпульси — солітони — не рухаються рівномірно. Натомість вони то зростають, то спадають, створюючи ритмічні коливання, які нагадують дихання. Це не просто красива метафора: такий нестабільний стан означав, що передбачити поведінку лазера було вкрай важко.
Два режими — одна модель
Раніше фізики знали про два різні типи «дихання». Коли лазер працює вище порогової потужності, солітони коливаються швидко — цикл триває лише кілька проходів через резонатор. А ось нижче порогу все сповільнюється кардинально: один цикл може розтягнутися на сотні чи навіть тисячі проходів. Два режими, дві різні математичні моделі, жодного зв’язку між ними.
Доктор Соня Босколо з Астонського інституту фотонних технологій та її колеги змінили правила гри. Вони створили єдину математичну модель, яка враховує і швидку еволюцію світла в резонаторі, і повільні зміни в джерелі енергії лазера. Результат? Обидва типи дихання виявилися не окремими феноменами, а проявами спорідненої фізики.
«Наша симуляція точно передбачає і швидкі, і повільні цикли за один раз — те, що раніше вважалося неможливим з єдиною моделлю», — зазначила доктор Босколо.
Що це дає на практиці
Ультрафастові лазери з імпульсами тривалістю в пікосекунди та фемтосекунди вже сьогодні працюють у хірургії ока, біомедичній візуалізації, прецизійній обробці матеріалів та передовому виробництві. Новий інструмент дозволить інженерам прогнозувати складну поведінку лазерів без необхідності запускати десятки окремих симуляцій.
Стаття під назвою «Unified Model for Breathing Solitons in Fiber Lasers: Mechanisms across Below- and Above-Threshold Regimes» вийшла у травні 2026 року в Physical Review Letters. Автори сподіваються, що їхня робота стане практичним посібником для створення наступного покоління лазерних технологій — стабільніших, потужніших і передбачуваніших.
Про автора
