斯坦福大学的工程师们已经在芯片上制作出了国际上第一个有用的钛蓝宝石激光器，完成了从台式到微型的一次腾跃。
研讨人员开发了一种芯片级钛蓝宝石激光器，它比传统类型小得多，价格也更廉价，使其在量子光学、神经科学和其他范畴可取得更广泛的使用。 这项新技能估计将使试验室能够在单个芯片上装置数百个这种强壮的激光器，并由简略的绿色激光笔供给动力。
跟着激光器的开展，由钛蓝宝石（Ti：蓝宝石）制成的激光器被以为具有“无与伦比”的功能。 它们在许多范畴都是不可或缺的，包含顶级的量子光学、光谱学和神经科学。 但这种功能付出了昂扬的价值。 钛蓝宝石激光器很大，体积约为立方英尺。 它们很贵，每个价值数十万美元。 并且它们需求其他高功率激光器（每个激光器的本钱为30000美元）来为它们供给满足的能量来发挥作用。
因而，直到现在，钛蓝宝石激光器从未在实际国际中取得应有的广泛选用。 斯坦福大学的研讨人员在规划、功率和本钱方面取得了巨大腾跃，在芯片上制作了钛蓝宝石激光器。 该原型比以往出产的任何钛蓝宝石激光器都要小四个数量级（10000 倍），价格低三个数量级（1000 倍）。
“这与旧形式彻底不同，”黄仁勋全球领导力教授、电气工程教授耶莱娜·武契科维奇（Jelena Vučković）说，她是《天然》杂志上宣布的介绍芯片级钛宝石激光器的论文的资深作者。“任何试验室都或许很快在一个芯片上具有数百个这样有价值的激光器，而不是一个大而贵重的激光器。你能够用一个绿色激光指示器来为这一切供给动力。”
武契科维奇试验室的博士提名人约书亚·杨与武契科维奇的纳米级和量子光子试验室搭档、研讨工程师卡斯珀·范·加斯和博士后学者达尼尔·M·卢金一同撰写了这项研讨，他说：“当你从桌面尺度一跃而起，以如此低的本钱在芯片上制作出可出产的东西时，这些强壮的激光器就能够适用于许多不同的重要使用。”
杨解说说，从技能视点来看，钛蓝宝石激光器十分有价值，由于它们具有任何激光晶体中最大的“增益带宽”。简略地说，增益带宽意味着与其他激光器比较，激光器能够发生更宽的色彩规划。杨说，它的速度也很快。光脉冲每千万分之一秒宣布一次。
但钛宝石激光器也很难取得。即使是武契科维奇的试验室，从事顶级量子光学试验，也只要少量宝贵的激光器可供共享。新式钛宝石激光器适用于以平方毫米为单位的芯片。假如研讨人员能够在晶圆上大规划出产，那么或许会有数千乃至数万个钛宝石激光器被压缩在一个能够放在手掌中的圆盘上。
“芯片很轻。它是便携式的。它既廉价又高效。没有活动部件。并且它能够大规划出产。有什么不喜欢的呢？这使得钛蓝宝石激光器愈加大众化。”
为了制作新的激光器，研讨人员首先在二氧化硅（SiO2）平台上放置了一大块钛蓝宝石层，所有这些都在真实的蓝宝石晶体上。然后，他们研磨、蚀刻和抛光钛蓝宝石，使其成为极薄的一层，只要几百纳米厚。在薄薄的一层中，它们构成了一个由小脊组成的漩涡。这些山脊就像光纤电缆，引导光线一圈又一圈，构成强度。事实上，这种形式被称为波导。
“从数学上讲，强度是功率除以面积。因而，假如你坚持与大规划激光相同的功率，但削减其会集的面积，强度就会到达高峰，”杨说。“激光的小尺度实际上让咱们提高了功率。”
这个谜题的剩下部分是一个微型加热器，它能够加热穿过波导的光，使武契科维奇团队能够改动发射光的波长，然后调整700到1000纳米之间的光的色彩 —— 从赤色到红外线。
武契科维奇、杨和搭档对这种激光或许会影响的范畴规划感到最振奋。在量子物理学中，新式激光器供给了一种廉价且有用的解决方案，能够大幅缩小最先进的量子计算机的规划。在神经科学范畴，研讨人能预见光遗传学的当即使用，该范畴答应科学家经过相对粗笨的光纤在大脑内引导光来操控神经元。他们说，小型激光器或许会集成到更紧凑的探测器中，拓荒新的试验途径。在眼科范畴，它或许会在激光手术中与诺贝尔奖取得者的啁啾脉冲扩大一同找到新用处，或许供给更廉价、更紧凑的光学相干断层扫描技能来评价视网膜健康。
接下来，该团队正在尽力完善他们的芯片级钛宝石激光器，并研讨在芯片上批量出产数千台激光器的办法。杨将依据这项研讨在今年夏天取得博士学位，并正在尽力将该技能推向市场。
“咱们能够在一个4英寸的芯片上放置数千个激光器，”杨说。“从那时起，每台激光的本钱开端简直为零。这十分令人振奋。”
