激光器的內部運作來源自物理學領域，但激光的確已經“走入”了人們的日常生活。收營員給顧客結賬商品時，需要用掃描槍對準商品的條形碼標簽；這個時候，顧客可能使用手機正在與朋友聊天，或者上網搜索COVID-19最新的統計數據，以上這些都有激光技術的參與。

激光發射特定波長的強光。在一個波長下，激光束在設計電路的計算機芯片上蝕刻圖案。在電信波長段，激光通過光纖發射大量數據，使我們進入信息時代。

2017年，加利福尼亞大學圣地亞哥分校Boubacar Kante博士發明了一種新型激光器，當年被專業期刊Physics World評為年度突破性發明之一。在Bakar Fellows資金資助下，Kante制造了新激光器的原型，并展示其在從顯微外科到衛星遙測的一系列應用中的潛力。

問：激光有很多應用，從微觀到宏觀。它們在當今的經濟中扮演著多大的角色？
答：激光器是一個擁有10-200億美元的市場。比如疫情期間，許多公司的會議通過Zoom實現，激光脈沖通過光纖以光速來回傳輸，此時它們可以攜帶更多的數據并且比任何其他通信模式都快。另外，激光在醫療行業的實際應用包括白內障手術中的組織切除。在工業領域，激光則是推進無人機和自動駕駛汽車導航的關鍵技術。

問：您的發明會給激光器的功能增加了什么？
答：它們比典型的激光器小數千倍，小到只有頭發絲的寬度，但能夠發射大量的能量。這種新型激光器更緊湊、更輕。如果傳輸設備變得更小，那么信息傳播距離就會更短，傳播速度也會更快。因此，激光器工作所需的能量更少、更節能。

問：還有哪些其他特性使這種新激光技術更有用？
答：通常當設備變得更緊湊時，往往會失去一些功能。但我們研發的激光器恰恰相反。激光以精確的波長發射光束，把它們想象成不同的顏色，而且由于高精度，波長可以緊密排列。大多數激光器僅發射一種波長的光。但是新發明的激光器允許激光“調諧”（tuned）到不同的波長。眾所周知，這可以提高網絡的靈活性和容量。波長可調性也可用于計量和傳感領域。

同時，新的激光器還可以控制激光束，即改變光發射的角度。目前，當衛星或無人駕駛汽車或無人機需要將激光束指向不同方向時，必須機械地轉動激光。這自然會限制速度并使系統體積龐大。我們正在開發的激光器可以在不旋轉系統的情況下發光，并且可以通過電子方式進行角度調諧。因此，激光器質量輕，非常緊湊，波長和方向均可調諧。與當前的機械控制激光器相比，它具有能源效率并且大規模制造成本更低。

問：請解釋一下新激光器的多功能性？
答：本質上，類似于微波爐的工作原理，激光是從盒子中發出光束。為了增強光的強度，人們制造了激光束，同時光被長時間限制在盒子內部。我們發明了一種不同的方法以控制光的強度增加，允許精確波長的光通過至少兩個通道從盒子中逸出。當逃逸波相互作用時，它們可以相互抵消，這稱為破壞性干擾。逃逸的光疊加之后相互抵消，最后歸零。
我們制作了一個獨特的空腔，這種捕波機制的多功能性使激光器重量輕、波長可調和可控。

問：您現在需要采取哪些步驟才能從發明階段轉變為商業儀器？
答：將發現推入制造階段的技術成本非常高。Bakar Fellows的資助將使我們能夠在加州伯克利分校的Marvell Nanofabrication實驗室制造原型。它包括一個“潔凈室”，過濾掉灰塵和氣溶膠顆粒等污染物。希望兩三年后，我們的發明會引起企業關注。

延伸閱讀
2017年，加利福尼亞大學圣迭戈分校物理學家Boubacar Kante和他的同事在《科學》雜志雜志上刊登他們關于“拓撲腔”（topological cavities）的研究成果。傳統的激光腔通常只能做成環形，這會降低芯片空間的使用率。Kante團隊研制的基于拓撲絕緣體原理的新型激光腔通過在新型激光腔上添加磁場，可以自由控制激光方向。

環形激光腔帶來的結果是，如果工程師想要在一塊芯片上放置多個激光器，比如用于光學通信和計算，那么環之間的大量可用空間會浪費掉。當時，Kante所在的研究小組通過研發一種拓撲腔結構克服這個形狀上的局限。
在Kante研發的系統中，一個光子晶體位于另一個不同的光子晶體中，而兩種不同晶體接觸形成的界面就是激光腔。晶體就位后，研究團隊在上面施加磁場，使系統變成了一種拓撲絕緣體的光學等價物，拓撲絕緣體內部由絕緣材料構成，但電能沿著材料的表面傳導。在一個光子晶體拓撲絕緣體中，光線的流動被約束在晶體結構接觸的表面。改變磁場信號就能改變光線發射的方向。

新設備的直接應用價值是工程師能在一塊芯片內更密集地安置激光器，從而使得光通信變得更加高速。而擁有新的控制光線的技術最終可能有助研發出新型的光子器件，為全光學計算機的產生鋪平道路，這將比現在的計算機更快、更節能。