具有“无与伦比”性能的激光器变得更小、更便宜、强度更大

“这使得钛蓝宝石激光器变得大众化。”

新的激光器靠在一块钛蓝宝石上。就规模而言，两者都位于四分之一以上。

图片来源：Yang 等人，《自然》

正如几乎每部科幻电影都告诉我们的那样，未来将充满激光。它们将为我们的量子计算机提供动力；探测科学实验中的微观角落和缝隙；我们将把它们用于医学、手术或评估眼睛健康——可能性是无限的。只有一个问题：到目前为止，我们拥有的最佳选择——那些由钛离子掺杂的蓝宝石晶体制成的，称为钛蓝宝石或钛：蓝宝石激光器——对于一般用途来说太大且昂贵。 

因此，您可以理解为什么斯坦福大学研究人员新开发的可安装在芯片上的钛蓝宝石激光器如此令人兴奋。它比迄今为止生产的任何钛宝石激光器小四个数量级（以毫米而不是数十米为单位进行测量）并且价格便宜三个数量级。它甚至比它的前辈更加高效。

“这完全背离了旧模式，”黄仁勋全球领导力教授、电气工程教授、最近发表的介绍芯片级钛宝石激光器论文的资深作者 Jelena Vučković 说道。陈述。 

Vučković 说：“任何实验室都可能很快在单个芯片上拥有数百个这样有价值的激光器，而不是一台大型且昂贵的激光器。” “你可以用绿色激光笔为这一切提供燃料。 ”

这一突破得益于两项创新：首先，该团队没有单独处理钛蓝宝石，而是将其安装在二氧化硅制成的绝缘体上。他们确实使用了钛蓝宝石——一层只有几百纳米厚——然后被抛光并蚀刻出复杂的微小脊状漩涡。这种图案看起来很像盘绕的消防水龙带，被称为波导。

然后使用微型加热器加热通过该波导的光，基本上允许团队或最终使用这种可能很快普及的技术的人将激光调整到他们需要的任何波长。 

微型激光器可以给整个科学带来深远的好处。钛宝石激光器在量子光学、光谱学和神经科学等领域不可或缺，因其无与伦比的增益带宽而备受赞誉——该技术术语意味着能量可以在比其他激光器更宽的波长范围内发射。 

Vučković 实验室的博士研究生、该研究的共同第一作者约书亚·杨 (Joshua Yang) 解释说，它们的速度也超快，能够每万亿分之一秒发射一次光脉冲——作为参考，这比同类快约十四个数量级您可以在商店购买激光。

但从字面上看，这种性能是有代价的。购买钛蓝宝石激光器仅购买基本套件就可能花费数十万美元；你需要一些多余的空间来放置它，因为它所占用的空间大约相当于四个保龄球；当然，还有其他多个高功率激光器，每个激光器本身就花费数万美元，您需要为其提供动力。

那么，这项技术目前还没有达到你所说的普及程度也就不足为奇了。但芯片尺寸的版本将改变这一切，杨说：“当你从桌面尺寸跃升到以如此低的成本在芯片上生产某些东西时，这些强大的激光器就可以用于许多不同的重要应用。”他解释道。 “芯片很轻。它是便携式的。它既便宜又高效。没有活动部件。并且可以批量生产。 ” 

奖金呢？像这样缩小尺寸不仅使钛宝石激光器变得更小、更便宜，而且实际上让它们变得更好。

“从数学上来说，强度是功率除以面积。因此，如果保持与大型激光器相同的功率，但减少其集中的区域，强度就会突破屋顶。”杨解释道。 “我们的激光器尺寸小，实际上有助于我们提高效率。 ”

“有什么不喜欢的？这使得钛宝石激光器变得大众化。 ”

该论文发表在《自然》杂志上。