斯坦福大学团队开发出芯片级钛：蓝宝石激光器

近日，斯坦福大学的研究人员开发并制造出了芯片级钛蓝宝石激光器。与以往生产的任何钛蓝宝石激光器相比，该原型机的体积小了四个数量级（10000倍），成本低了三个数量级（1000 倍）。

发表在《自然》杂志上的介绍芯片级钛：蓝宝石激光器的论文的资深作者、电气工程学教授Jelena Vučković说：“这完全背离了旧模式。任何实验室都可能很快在一块芯片上拥有数百台这种宝贵的激光器，而不是一台昂贵的大型激光器。而且还可以用绿色激光笔来驱动它。”

新激光器靠在一块钛蓝宝石上。为了便于刻度，两台激光器都放置在四分之一硬币上
 

Vučković实验室的博士候选人、该研究的共同第一作者Joshua Yang与纳米和量子光子实验室同事、研究工程师Kasper Van Gasse和博士后学者Daniil M. Lukin谈到：“当你从桌面大小一跃而以如此低的成本在芯片上制造出可生产的东西时，这就使这些强大的激光器在许多不同的重要应用中触手可及。”

从技术角度讲，钛蓝宝石激光器之所以如此珍贵，是因为它们拥有所有激光晶体中最大的 增益带宽。简单地说，增益带宽是指与其他激光器相比，激光器能产生的波长范围更广。Joshua Yang表示，钛蓝宝石激光器还具有超高速的特点，每四分一秒就能发出一束光脉冲。

但钛蓝宝石激光器也很难获得。即使是负责量子光学实验的Vučković实验室，也只有几台这样的激光器可供使用。新型钛蓝宝石激光器安装在以平方毫米为单位的芯片上，有望实现更简单的批量生产。

工作原理
为了制造这种新型激光器，研究人员首先在二氧化硅平台上，在真正的蓝宝石晶体上制造了一层钛蓝宝石。随后，对钛蓝宝石进行研磨、蚀刻和抛光，使其成为极薄层，厚度仅为几百纳米。然后，在该薄层上绘制波导图案。

钛：蓝宝石波导放大器的图片。该放大器可安装在0.5毫米见方的空间内

Joshua Yang表示，从数学上讲，强度就是功率除以面积。因此，如果保持与大型激光器相同的功率，但缩小其集中的面积，强度就会达到顶峰。新型激光器规模小，实际上有助于提高效率。剩下的元件是一个微型加热器，它可以加热通过波导的光，使研究团队能够改变700-1000纳米之间的发射光波长。

应用
在量子物理学领域，这种新型激光器提供了一种廉价而实用的解决方案，可以大大缩小最先进的量子计算机的规模。在神经科学领域，斯坦福大学的研究人员可以预见其在光遗传学中的直接应用，该领域允许科学家通过相对笨重的光纤在大脑内部引导光线来控制神经元。

下一步，研究小组将致力于完善芯片级钛蓝宝石激光器，并研究如何在晶片上批量生产这种激光器，一次可生产数千台。今年夏天，Joshua Yang将在这项研究的基础上获得博士学位，并致力于将这项技术推向市场。