首臺實(shí)用型芯片級鈦寶石激光器問(wèn)世

  ICC訊 據26日《自然》雜志報道，美國斯坦福大學(xué)團隊在芯片上制造出一種鈦寶石激光器。與目前的任何其他鈦藍寶石激光器相比，這一原型機的體積縮小了4個(gè)數量級（即原來(lái)的萬(wàn)分之一），成本降低了3個(gè)數量級（即原先的千分之一）。無(wú)論在規模效率方面，還是在成本方面，這一成果都是一次巨大進(jìn)步。

鈦寶石波導放大器。該放大器的尺寸為0.5毫米見(jiàn)方。

圖片來(lái)源：《自然》網(wǎng)站

  鈦藍寶石激光器在尖端量子光學(xué)、光譜學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等許多領(lǐng)域不可或缺，然而其在現實(shí)世界卻未能廣泛應用。因為這種激光器通常體積很大且價(jià)格昂貴，每臺要花數十萬(wàn)美元，還需要其他高功率設備（每臺售價(jià)約3萬(wàn)美元）來(lái)維持運轉。

  此次，研究人員首先在二氧化硅平臺上鋪了一層大塊的鈦藍寶石；再將鈦藍寶石研磨、蝕刻和拋光成極薄的一層，只有幾百納米厚；然后，在該薄層上設計出一個(gè)由微小脊線(xiàn)組成的漩渦。這些脊線(xiàn)就像光纖電纜，引導光線(xiàn)不斷循環(huán)，強度逐漸增強。這種模式被稱(chēng)為波導。

  剩下的部分是一個(gè)微尺度加熱器，它可以加熱穿過(guò)波導的光，從而讓研究人員能改變發(fā)射光的波長(cháng)，將光的波長(cháng)范圍調整到700—1000納米之間，即從紅光到紅外光。

  在量子物理學(xué)方面，這種新激光器可大幅縮小最先進(jìn)的量子計算機的規模；在神經(jīng)科學(xué)方面，它可在光遺傳學(xué)中得到應用，允許科學(xué)家通過(guò)相對較大的光纖引導大腦內部的光來(lái)控制神經(jīng)元；在眼科方面，它可能在激光手術(shù)中與啁啾脈沖放大技術(shù)結合，實(shí)現新應用，或者提供更便宜、更緊湊的光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)來(lái)評估視網(wǎng)膜健康。

  當前，不斷更新的技術(shù)讓很多實(shí)驗室都能擁有單芯片上的超小型激光器，而不是一臺大型且昂貴的激光器。小尺寸激光器實(shí)際上有助于提高效率——從數學(xué)上講，強度等于功率除以面積。因此，保持與大型激光器相同的功率但減少其集中的面積，強度就會(huì )大幅上升。更重要的是，這些小巧且強大的激光器能更快走出實(shí)驗室，服務(wù)于許多不同的重要應用。