Projektbeschreibung
Entwicklung eines schnelleren und multifunktionalen Lasers
Moderne Laser lassen sich in Dauerstrich-, Nanosekunden- und Ultrakurzpulslaser einteilen, die jeweils unterschiedliche Funktionen, Vorteile und Nachteile aufweisen. Das ERC-finanzierte Projekt UniLase wird diese Unterscheidungen überflüssig machen, indem es einen universellen Laser entwickelt, der Materialien von Metallen bis hin zu lebendem Gewebe mit höherer Geschwindigkeit und Effizienz bearbeiten kann und sich dabei dem Standardquantenlimit nähert. Begünstigt wird dies durch die neu entwickelte ablationsgekühlte Laser-Materialentfernung, die Elektronen und Atome zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen weit vom gegenseitigen Gleichgewicht entfernt hält. Im Rahmen des Projekts wird auch ein nichtlinearer Zeitfilter eingesetzt, um die zweite Art der Modenkopplung voranzutreiben und Tausende ultraschnelle Impulsen gleichzeitig zu ermöglichen. Diese Technologie wird zur Verbesserung der Lasertechnologie in Bereichen wie Materialbearbeitung, Laserchirurgie, 3D-Druck, Mikrowellentechnologie, Kommunikation und Laserentfernungsmessung führen.
Ziel
Lasers are ubiquitously used to cut, drill, mark, texture, 3D print materials. Material-processing lasers remain divided into CW, nanosecond- and ultrafast-pulsed, each excelling and falling short differently. CW lasers reach the highest powers, cost the least, and are far more common but cause heat damage, and their utility is material-specific. Ultrafast lasers achieve supreme precision on any material but remain niche as they are inefficient and expensive. Nanosecond lasers fall in between. We propose to overcome this categorisation by inventing a universal laser that can process any material, from metals to living tissue, exceed the efficiency limit of equilibrium thermodynamics, approach the quantum mechanical limit and surpass the speed of industrial CW lasers. It will do so by taking our invention of ablation-cooled laser-material removal (Nature 2016) to uncharted territory where electrons and atoms will be kept perpetually far from mutual equilibrium even between successive pulses. The same laser will perform 3D printing or tissue welding by switching to quasi-CW operation. To this end, we need the unprecedented combination of 30-fs pulses at 1-kW average power and on-the-fly tunable repetition rates of 0.1-1 THz. The latter implies an impossibly short laser cavity. The alternative is to support multiple pulses in the same cavity but this has long suffered from poor performance due to fundamental reasons. Regular modelocking generates ultrashort pulses by locking cavity modes via nonlinear feedback but it has no mechanism to mutually lock multiple pulses. We fill this conceptual gap by introducing a nonlinear time filter. This innovation underlies the new laser concept of second modelocking, which will create thousands of ultrafast pulses in perfect periodic arrangement to reach extreme repetition rates with a disruptive potential for not only material processing and laser surgery, but also microwave, THz generation, beyond-5G communications, laser ranging.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- Medizin- und GesundheitswissenschaftenKlinische MedizinChirurgie
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenThermodynamik
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenOptikLaserphysik
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2021-ADG
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