首臺晶片級摻鈦藍寶石鐳射器研製成功

美國耶魯大學一組研究人員開發出首臺晶片級摻鈦藍寶石鐳射器，這項突破的應用範圍涵蓋從原子鐘到量子計算和光譜感測器。研究結果近日發表在《自然·光子學》雜誌上。

摻鈦藍寶石鐳射器在20世紀80年代問世，可謂鐳射領域的一大進步。它成功的關鍵是用作放大鐳射能量的材料。摻鈦藍寶石被證明十分強大，因為它提供了比傳統半導體鐳射器更寬的鐳射發射頻寬。這一創新引領了物理學、生物學和化學領域的基礎性發現和無數應用。

臺式摻鈦藍寶石鐳射器是許多學術和工業實驗室的必備設備。然而，這種鐳射器的大頻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，這些鐳射器價格昂貴，佔用大量空間，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，摻鈦藍寶石鐳射器仍將僅限于小眾客戶。

將摻鈦藍寶石鐳射器的性能與晶片的小尺寸相結合，可驅動受功耗或空間大小限制的應用，如原子鐘、攜帶型感測器、可見光通信設備，甚至量子計算晶片。

耶魯大學展示了世界上第一台整合了晶片級光子電路的摻鈦藍寶石鐳射器，它提供了晶片上迄今看到的最寬增益譜，為許多新的應用鋪平了道路。

新研究的關鍵在於鐳射器的低閾值。傳統摻鈦藍寶石鐳射器的閾值超過100毫瓦，而新系統的閾值約為6.5毫瓦，通過進一步調整，研究人員相信可將閾值降低到1毫瓦。此外，新系統還與廣泛用於藍色LED和鐳射的氮化鎵光電子器件相容。