耶魯大學教授Hong Tang領導的研究團隊開發出了第一款芯片級摻鈦藍寶石激光器——這項創新可能會帶來原子鐘、量子計算和光譜傳感器等新應用。研究結果已發表在Nature Photonics上[1]。

迄今為止芯片上最寬的增益光譜

20世紀80年代問世的摻鈦藍寶石激光器，是激光器領域的一大進步。其成功的關鍵在于用作增益介質的材料，即放大激光能量的材料。摻雜鈦離子的藍寶石被證明特別強大，提供比傳統半導體激光器寬得多的激光發射帶寬。這項創新帶來了物理學、生物學和化學領域的重大發現和無數應用。

臺式鈦藍寶石激光器是許多學術和工業實驗室的必備設備。但這種激光器的大帶寬是以相對較高的閾值或所需的功率為代價的。因此，這些激光器價格昂貴且占用大量空間，這在很大程度上限制了它們在實驗室研究中的應用。如果不克服這一限制，鈦藍寶石激光器將仍僅限于小眾客戶。

為此，他們展示了世界上第一個集成芯片級光子電路的摻鈦藍寶石激光器，它提供了芯片上迄今為止最寬的增益光譜——為眾多新應用鋪平了道路。鈦藍寶石激光器的性能與芯片的小尺寸相結合，可以驅動受功耗或空間限制的應用，如原子鐘、便攜式傳感器、可見光通信設備，甚至量子計算芯片。

成功的關鍵在于激光的低閾值。傳統摻鈦藍寶石激光器的閾值超過100毫瓦，而他們開發的系統的閾值約為6.5毫瓦。通過進一步的調整，他們相信可以進一步降低到1毫瓦。這一系統也與氮化鎵光電系列兼容，氮化鎵光電系列廣泛用于藍色發光二極管和激光器。

他們的原型光子電路集成摻鈦藍寶石激光器為下一代有源-無源集成可見光光子學中的寬帶可調諧激光器開辟了一條可靠的途徑。

關于Hong Tang教授

Hong Tang現為耶魯大學Llewellyn West Jones, Jr.電氣工程教授，2002年獲得加州理工學院博士學位。研究領域為凝聚態物理學和量子物理學，包括非線性和量子光學、納米機電系統、超導探測器和電路、量子換能器開發。當前項目有：從微波到光子的量子轉換、量子網絡和量子通信、超導量子探測器。

Hong Tang曾獲得2010亞瑟格里爾紀念獎、2009帕卡德科學與工程獎學金、2009國家科學基金會事業獎、2008美國國家工程院(NAE)研討會特邀參與者等榮譽。

Hong Tang教授

今年1月，Hong Tang實驗室還開發了第一個實現的片上光子數分辨(PNR)探測器，一次可以分辨多達100個光子。

目前的光子計數設備一次可以檢測到的光子數量有限，通常一次只能檢測一個，而且不超過10個。Hong Tang實驗室的設備不僅將PNR能力提升了100，而且在計數率上也提高了三個數量級。它還可以在易于訪問的溫度下運行。 

在他們的工作基礎上，研究人員計劃使設備更小并增加它可以檢測到的光子數量。包括使用不同的介電材料將其光子數分辨率提高到1000以上。

參考鏈接：

[2]https://seas.yale.edu/news-events/news/introducing-first-chip-sized-titanium-doped-sapphire-laser