高能激光芯片，新突破！

高功率钛蓝宝石激光器的尺寸已经缩小，科学家计划在新芯片的四英寸晶圆上塞入数百或数千个激光器。

斯坦福大学的研究人员制造出了一种钛蓝宝石 (Ti:Sa) 激光器，其体积比之前任何类似设备都要小 10,000 倍，并且能够安装到芯片上。

到目前为止，这种激光器的成本高达 10 万美元。但科学家认为，采用 6 月 26 日《自然》杂志上概述的一种新方法，每台激光器的成本可能会降至 100 美元。

他们还声称，未来可以在一块四英寸晶圆上安装数千台激光器，而每台激光器的成本将降至最低。这些小型激光器可用于未来的量子计算机、神经科学，甚至微观手术。

实验性激光依赖于两个关键过程。首先，他们将蓝宝石晶体研磨成厚度仅为几百纳米的一层。然后，他们制作出一个由微小脊线组成的旋涡，并用绿色激光笔照射其中。随着旋涡的每次旋转，激光的强度都会增加。

“最棘手的部分之一是平台的生产，”这项研究的共同第一作者、斯坦福大学博士生 Joshua Yang 告诉《生活科学》。“蓝宝石是一种非常坚硬的材料。当你研磨它时，它常常不喜欢它，它会破裂，或者损坏你用来研磨的东西。”

然而，一旦这个问题得到解决，杨先生将这个过程描述为“一帆风顺”。但他强调，尽管该团队才刚刚起步，但他们已经可以“利用经过十多年才成熟的半导体激光技术”。

该团队如此乐观的原因之一是，其激光器可以调节到不同的波长；具体来说，从 700 到 1,000 纳米，或从红光到红外光。

杨教授以固态量子比特为例，指出这对于原子研究人员来说至关重要。“这些原子系统需要不同的能量（才能从一种状态过渡到另一种状态），”他说。“如果你购买的激光器增益带宽较小，而另一种过渡超出了该带宽，那么你就必须购买另一种激光器来解决该问题。”

激光的强度通过晶体表面的一系列涡流增加 （图源：Joshua Lang 等人，《自然》杂志）

杨和他的同事还创建了一家名为Brightlight Photonics 的公司，以实现这项技术商业化。

“我们真正看到的第一个机会是学术研究市场，”杨说。“作为研究人员，我们知道对激光器的需求。我们知道我们能提供的产品比目前市场上的产品好得多。”

虽然杨不愿意透露具体价格，但他表示这将取决于内置的功能，但肯定会比目前的 Ti:Sa 激光器低一个数量级。

微型激光器可用于量子计算机——有助于在此过程中使量子计算机变得更小。杨说，它们还可以彻底改变光遗传学领域，科学家利用大脑内部引导的光来控制神经元；目前，他们使用的是粗光纤技术。最后，微型钛钇激光器可用于激光手术。

这一切都依赖于杨和他的同事成功地进一步小型化和大规模生产该技术，以便数百甚至数千个激光器可以安装在一个四英寸的晶圆上。

然而，杨对成功充满信心，他说他相信第一台面向学术用户的“可调激光器”将在两年内上市销售。他补充说：“这些微型激光器的潜在应用非常广泛，谁知道五年后我们会在哪里呢？”