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近日，斯坦福大學的研究人員在激光器制造領域取得了一項突破性進展。

他們成功在芯片上開發(fā)并制造出了鈦藍寶石激光器，這一創(chuàng)新成果不僅將激光器的尺寸縮小了四個數(shù)量級（即縮小至原來的萬分之一），而且成本降低了三個數(shù)量級（即僅為原價的千分之一）。

“這是對傳統(tǒng)模式的顛覆性突破，”全球領導力教授、電子工程領域的權威Jelena Vuckovic教授興奮地表示。作為在《自然》（Nature）雜志上詳細介紹這一芯片級鈦藍寶石激光器的資深作者，她對未來充滿了期待：“不久后，任何實驗室都將能夠在單一芯片上擁有數(shù)百個這樣的高性能激光器，而不再需要依賴龐大且昂貴的傳統(tǒng)設備。操作起來也將變得異常簡便，甚至可以用一支綠色的激光筆來驅(qū)動它?！?/p>

實驗室博士候選人Joshua Yang進一步闡述了這一技術的深遠影響：“當我們從桌面級設備跨越到在芯片上制造可生產(chǎn)的產(chǎn)品時，這些強大的激光器將能夠以極低的成本應用于各種重要領域。”他與Vuckovic教授的納米尺度和量子光子學實驗室的同事們，包括研究工程師Kasper Van Gasse和博士后學者Daniil M. Lukin，共同完成了這項開創(chuàng)性的研究。

從技術層面來看，鈦藍寶石激光器之所以備受青睞，是因為它們擁有任何激光晶體中最大的“增益帶寬”。這意味著，與其他激光器相比，鈦藍寶石激光器能夠產(chǎn)生更寬的波長范圍。此外，其光脈沖的發(fā)射速度也極快，每千萬億分之一秒就能發(fā)出一次。這些卓越的性能特點，無疑將極大地推動激光技術在各個領域的廣泛應用和深入發(fā)展。

為了打造這種新型激光器，他們首先在二氧化硅平臺上，精準地覆蓋了一層真正的藍寶石晶體，并在其上鋪設了一層鈦藍寶石。隨后，經(jīng)過精細的研磨、蝕刻和拋光，鈦藍寶石被縮減至僅有數(shù)百納米厚的超薄層。緊接著，研究團隊在這層超薄材料中精心繪制了波導的圖案。

這種微型化的設計帶來了顯著的優(yōu)勢。從數(shù)學的角度來看，強度是功率與面積之比。因此，當保持與大規(guī)模激光器相同的功率時，由于面積的減小，激光的強度將顯著提升。研究人員指出：“激光的小尺寸實際上幫助我們提高了效率。”

此外，為了進一步提升激光器的性能，研究團隊還加入了一個微型加熱器。這個加熱器能夠加熱通過波導的光，使得Jelena Vuckovic團隊能夠在700-1000納米之間靈活地調(diào)整發(fā)射光的波長。

這款微型芯片上的鈦藍寶石激光器在多個領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。在量子物理學領域，它為縮小最先進的量子計算機尺寸提供了一種廉價而實用的解決方案。而在神經(jīng)科學領域，斯坦福大學的研究人員預見到了其在光遺傳學中的直接應用，這一領域允許科學家通過光來控制和影響大腦內(nèi)部的神經(jīng)元活動，盡管目前常用的光纖設備相對笨重。

展望未來，該團隊將繼續(xù)完善芯片級鈦藍寶石激光器的設計，并探索在晶圓上批量生產(chǎn)的可能性，一次生產(chǎn)數(shù)千個激光器。今年夏天，Joshua Yang將基于這項研究獲得博士學位，并致力于將這項技術推向市場。他充滿信心地表示：“我們可以在一塊4英寸的晶圓上放置數(shù)千個激光器，屆時每臺激光器的成本將趨近于零。這無疑將引發(fā)一場技術革命?！?/p>