一組研究人員開發(fā)出首個芯片級摻鈦藍(lán)寶石激光器，該項(xiàng)突破使其應(yīng)用范圍從原子鐘擴(kuò)展到量子計(jì)算和光譜傳感器。

該研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）上。

在鈦摻雜藍(lán)寶石激光器在1980年代推出時，它是激光領(lǐng)域的重大進(jìn)步。它成功的關(guān)鍵是采用了增益介質(zhì)材料，即放大激光能量的材料。摻雜鈦離子的藍(lán)寶石被證明特別強(qiáng)大，提供比傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器更寬的激光發(fā)射帶寬。這項(xiàng)創(chuàng)新帶來了物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)和廣泛應(yīng)用。

臺式鈦藍(lán)寶石激光器是許多學(xué)術(shù)和工業(yè)實(shí)驗(yàn)室的必備品。然而，這種激光器的大帶寬是以相對較高的閾值為代價(jià)的，即它所需的功率量。因此，這些激光器價(jià)格昂貴且占用大量空間，在很大程度上限制了它們在實(shí)驗(yàn)室研究中的使用。該研究的第一作者、Tang實(shí)驗(yàn)室的研究生Yubo Wang說，如果不克服這一限制，鈦藍(lán)寶石激光器仍將僅限于少量客戶。

鈦藍(lán)寶石激光器的性能與芯片的小尺寸相結(jié)合，可以驅(qū)動受其消耗功率或空間限制的應(yīng)用，例如原子鐘、便攜式傳感器、可見光通信設(shè)備，甚至量子計(jì)算芯片。

為此，Tang實(shí)驗(yàn)室展示了世界上第一個與芯片級光子電路集成的摻鈦藍(lán)寶石激光器，該激光器提供了芯片上迄今為止最寬的增益光譜，為眾多新應(yīng)用鋪平了道路。

關(guān)鍵在于激光器的低閾值。雖然傳統(tǒng)的鈦摻雜藍(lán)寶石激光器的閾值超過100毫瓦，但Tang實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)閾值約為6.5毫瓦。通過進(jìn)一步調(diào)整，他們相信可以進(jìn)一步將其降低到1毫瓦。他們開發(fā)的系統(tǒng)還與氮化鎵光電器件系列兼容，氮化鎵光電器件廣泛用于藍(lán)光LED和激光器。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2023-01-chip-sized-titanium-doped-sapphire-laser.html