美國耶魯大學(xué)一組研究人員開發(fā)出首臺芯片級摻鈦藍(lán)寶石激光器，這項突破的應(yīng)用范圍涵蓋從原子鐘到量子計算和光譜傳感器。研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上。

摻鈦藍(lán)寶石激光器在20世紀(jì)80年代問世，可謂激光領(lǐng)域的一大進(jìn)步。它成功的關(guān)鍵是用作放大激光能量的材料。摻鈦藍(lán)寶石被證明十分強(qiáng)大，因為它提供了比傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器更寬的激光發(fā)射帶寬。這一創(chuàng)新引領(lǐng)了物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和無數(shù)應(yīng)用。

臺式摻鈦藍(lán)寶石激光器是許多學(xué)術(shù)和工業(yè)實驗室的必備設(shè)備。然而，這種激光器的大帶寬是以相對較高的閾值為代價的，也就是它所需的功率較高。因此，這些激光器價格昂貴，占用大量空間，在很大程度上限制了它們在實驗室研究中的使用。研究人員表示，如果不克服這一限制，摻鈦藍(lán)寶石激光器仍將僅限于小眾客戶。

將摻鈦藍(lán)寶石激光器的性能與芯片的小尺寸相結(jié)合，可驅(qū)動受功耗或空間大小限制的應(yīng)用，如原子鐘、便攜式傳感器、可見光通信設(shè)備，甚至量子計算芯片。

耶魯大學(xué)展示了世界上第一臺集成了芯片級光子電路的摻鈦藍(lán)寶石激光器，它提供了芯片上迄今看到的最寬增益譜，為許多新的應(yīng)用鋪平了道路。

新研究的關(guān)鍵在于激光器的低閾值。傳統(tǒng)摻鈦藍(lán)寶石激光器的閾值超過100毫瓦，而新系統(tǒng)的閾值約為6.5毫瓦，通過進(jìn)一步調(diào)整，研究人員相信可將閾值降低到1毫瓦。此外，新系統(tǒng)還與廣泛用于藍(lán)色LED和激光的氮化鎵光電子器件兼容。