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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

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[交流] 体积缩至万分之一成本降到千分之一首台实用型芯片级钛宝石激光器问世

体积缩至万分之一成本降到千分之一
首台实用型芯片级钛宝石激光器问世
2024-06-28 来源：科技日报张佳欣【字体：大中小】语音播报

钛宝石波导放大器。该放大器的尺寸为0.5毫米见方。图片来源：《自然》网站

据6月26日《自然》杂志报道，美国斯坦福大学团队在芯片上制造出一种钛宝石激光器。与目前的任何其他钛蓝宝石激光器相比，这一原型机的体积缩小了4个数量级（即原来的万分之一），成本降低了3个数量级（即原先的千分之一）。无论在规模效率方面，还是在成本方面，这一成果都是一次巨大进步。

钛蓝宝石激光器在尖端量子光学、光谱学和神经科学等许多领域不可或缺，然而其在现实世界却未能广泛应用。因为这种激光器通常体积很大且价格昂贵，每台要花数十万美元，还需要其他高功率设备（每台售价约3万美元）来维持运转。

此次，研究人员首先在二氧化硅平台上铺了一层大块的钛蓝宝石；再将钛蓝宝石研磨、蚀刻和抛光成极薄的一层，只有几百纳米厚；然后，在该薄层上设计出一个由微小脊线组成的漩涡。这些脊线就像光纤电缆，引导光线不断循环，强度逐渐增强。这种模式被称为波导。

剩下的部分是一个微尺度加热器，它可以加热穿过波导的光，从而让研究人员能改变发射光的波长，将光的波长范围调整到700—1000纳米之间，即从红光到红外光。

在量子物理学方面，这种新激光器可大幅缩小最先进的量子计算机的规模；在神经科学方面，它可在光遗传学中得到应用，允许科学家通过相对较大的光纤引导大脑内部的光来控制神经元；在眼科方面，它可能在激光手术中与啁啾脉冲放大技术结合，实现新应用，或者提供更便宜、更紧凑的光学相干断层扫描技术来评估视网膜健康。

当前，不断更新的技术让很多实验室都能拥有单芯片上的超小型激光器，而不是一台大型且昂贵的激光器。小尺寸激光器实际上有助于提高效率——从数学上讲，强度等于功率除以面积。因此，保持与大型激光器相同的功率但减少其集中的面积，强度就会大幅上升。更重要的是，这些小巧且强大的激光器能更快走出实验室，服务于许多不同的重要应用。

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