激光線寬測量。圖片來源：《自然·光子學》

美國耶魯大學一組研究人員開發出首臺芯片級摻鈦藍寶石激光器，這項突破的應用范圍涵蓋從原子鐘到量子計算和光譜傳感器。研究結果近日發表在《自然·光子學》雜志上。

摻鈦藍寶石激光器在20世紀80年代問世，可謂激光領域的一大進步。它成功的關鍵是用作放大激光能量的材料。摻鈦藍寶石被證明十分強大，因為它提供了比傳統半導體激光器更寬的激光發射帶寬。這一創新引領了物理學、生物學和化學領域的基礎性發現和無數應用。

臺式摻鈦藍寶石激光器是許多學術和工業實驗室的必備設備。然而，這種激光器的大帶寬是以相對較高的閾值為代價的，也就是它所需的功率較高。因此，這些激光器價格昂貴，占用大量空間，在很大程度上限制了它們在實驗室研究中的使用。研究人員表示，如果不克服這一限制，摻鈦藍寶石激光器仍將僅限于小眾客戶。

將摻鈦藍寶石激光器的性能與芯片的小尺寸相結合，可驅動受功耗或空間大小限制的應用，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。

耶魯大學展示了世界上第一臺集成了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看到的最寬增益譜，為許多新的應用鋪平了道路。

新研究的關鍵在于激光器的低閾值。傳統摻鈦藍寶石激光器的閾值超過100毫瓦，而新系統的閾值約為6.5毫瓦，通過進一步調整，研究人員相信可將閾值降低到1毫瓦。此外，新系統還與廣泛用于藍色LED和激光的氮化鎵光電子器件兼容。