激光線(xiàn)寬測量。圖片來(lái)源:《自然·光子學(xué)》
美國耶魯大學(xué)一組研究人員開(kāi)發(fā)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(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上。
摻鈦藍寶石激光器在20世紀80年代問(wèn)世,可謂激光領(lǐng)域的一大進(jìn)步。它成功的關(guān)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(fā)射帶寬。這一創(chuàng )新引領(lǐng)了物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的基礎性發(fā)現和無(wú)數應用。
臺式摻鈦藍寶石激光器是許多學(xué)術(shù)和工業(yè)實(shí)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(jià)的,也就是它所需的功率較高。因此,這些激光器價(jià)格昂貴,占用大量空間,在很大程度上限制了它們在實(shí)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(hù)。
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(dòng)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(jiàn)光通信設備,甚至量子計算芯片。
耶魯大學(xué)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(guān)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(guò)100毫瓦,而新系統的閾值約為6.5毫瓦,通過(guò)進(jìn)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。