《激光制造網》獲悉，近期，由斯坦福大學電氣工程學教授Jelena Vu?kovi?領導的研究團隊在《Nature》發表一項創新研究——他們成功研發出了全球首款實用的芯片級鈦藍寶石激光器（Titanium:sapphire）。與以往生產的任何鈦藍寶石激光器相比，斯坦福大學的研究團隊通過技術創新，將鈦藍寶石激光器的體積小了四個數量級（10,000 倍），成本低了三個數量級（1,000 倍），在規模、效率和成本方面實現了巨大飛躍。

鈦藍寶石（Ti:sapphire）激光器被認為具有“無與倫比”的性能。它們在許多領域都不可或缺，包括尖端的量子光學、光譜學和神經科學。但是，這種性能的實現需要付出高昂的代價。鈦藍寶石激光器體積龐大，大約有一立方英尺；它們價格昂貴，每臺售價數十萬美元；它們還需要其他高功率激光器為其提供足夠的能量，才能正常工作。因此，直到現在，鈦藍寶石激光器也從未在現實世界中得到應有的廣泛應用。

鈦藍寶石激光器示意圖

從技術角度講，鈦：藍寶石激光器之所以如此珍貴，是因為它們擁有所有激光晶體中最大的 "增益帶寬"。簡單地說，增益帶寬意味著與其他激光器相比，這種激光器能產生的顏色范圍更廣。楊說，它還具有超快的速度。光脈沖每四分一秒發出一次。

但鈦藍寶石激光器也很難獲得。即便是從事尖端量子光學實驗的Vu?kovi?實驗室，也只有幾臺這種珍貴的激光器可供分享。新型鈦藍寶石激光器安裝在以平方毫米為單位的芯片上。如果研究人員能在晶片上批量生產這些激光器，就有可能在一個手掌大小的圓盤上擠出數千甚至上萬個鈦藍寶石激光器。

為了制造這種新型激光器，研究人員首先在二氧化硅（SiO₂）平臺上制作了一層鈦藍寶石，所有這些都位于真正的藍寶石晶體之上。

然后，他們對鈦藍寶石進行研磨、蝕刻和拋光，使其成為極薄層，厚度僅為幾百納米。然后，他們在這層薄薄的鈦藍寶石上繪制一個由微小脊線組成的漩渦圖案。這些脊就像光導纖維一樣，引導著光線繞來繞去，不斷增強強度。事實上，這種圖案被稱為“波導”。

拼圖的其余部分是一個微型加熱器，它可以加熱通過波導的光線，使研究團隊能夠改變發射光線的波長，從而調整光線的顏色，波長在700到1000納米之間，從紅色到紅外。

令研究團隊感到興奮的是這種激光器可能影響的一系列領域。研究人員表示，新型芯片級鈦藍寶石激光器很輕，價格低效率高，便于攜帶，沒有移動部件，且可以大規模生產，這些特性將使鈦藍寶石激光器平民化，這也使之能夠用于許多不同的重要應用。

在量子物理學領域，這種新型激光器提供了一種廉價而實用的解決方案，可以大大縮小最先進量子計算機的規模。

在神經科學領域，研究人員可以預見它在光遺傳學中的直接應用，該領域允許科學家用相對笨重的光纖在大腦內部引導光線來控制神經元。研究人員表示，小型激光器可能被集成到更緊湊的探針中，開辟新的實驗途徑。

而在眼科領域，它可能與獲得諾貝爾獎的啁啾脈沖放大技術一起在激光手術中找到新的用途，或者提供更便宜、更緊湊的光學相干斷層掃描技術，用于評估視網膜健康狀況。

下一步，該團隊將致力于完善芯片級鈦藍寶石激光器，并研究如何在晶片上批量生產這種激光器，一次可生產數千臺。