高功率鈦藍(lán)寶石激光器的尺寸已經(jīng)縮小，科學(xué)家計(jì)劃在新芯片的四英寸晶圓上塞入數(shù)百或數(shù)千個(gè)激光器。
斯坦福大學(xué)的研究人員制造出了一種鈦藍(lán)寶石 ( Ti:Sa ) 激光器，其體積比之前任何類(lèi)似設(shè)備都要小 10,000 倍，并且能夠安裝到芯片上。
到目前為止，這種激光器的成本高達(dá) 10 萬(wàn)美元。但科學(xué)家認(rèn)為，采用 6 月 26 日《自然》雜志上概述的一種新方法，每臺(tái)激光器的成本可能會(huì)降至 100 美元。
他們還聲稱(chēng)，未來(lái)可以在一塊四英寸晶圓上安裝數(shù)千臺(tái)激光器，而每臺(tái)激光器的成本將降至最低。這些小型激光器可用于未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)、神經(jīng)科學(xué)，甚至微觀(guān)手術(shù)。
實(shí)驗(yàn)性激光依賴(lài)于兩個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。首先，他們將藍(lán)寶石晶體研磨成厚度僅為幾百納米的一層。然后，他們制作出一個(gè)由微小脊線(xiàn)組成的旋渦，并用綠色激光筆照射其中。隨著旋渦的每次旋轉(zhuǎn)，激光的強(qiáng)度都會(huì)增加。
" 最棘手的部分之一是平臺(tái)的生產(chǎn)，" 這項(xiàng)研究的共同第一作者、斯坦福大學(xué)博士生 Joshua Yang 告訴《生活科學(xué)》。" 藍(lán)寶石是一種非常堅(jiān)硬的材料。當(dāng)你研磨它時(shí)，它常常不喜歡它，它會(huì)破裂，或者損壞你用來(lái)研磨的東西。"
然而，一旦這個(gè)問(wèn)題得到解決，楊先生將這個(gè)過(guò)程描述為 " 一帆風(fēng)順 "。但他強(qiáng)調(diào)，盡管該團(tuán)隊(duì)才剛剛起步，但他們已經(jīng)可以 " 利用經(jīng)過(guò)十多年才成熟的半導(dǎo)體激光技術(shù) "。
該團(tuán)隊(duì)如此樂(lè)觀(guān)的原因之一是，其激光器可以調(diào)節(jié)到不同的波長(zhǎng)；具體來(lái)說(shuō)，從 700 到 1,000 納米，或從紅光到紅外光。
楊教授以固態(tài)量子比特為例，指出這對(duì)于原子研究人員來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。" 這些原子系統(tǒng)需要不同的能量（才能從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)），" 他說(shuō)。" 如果你購(gòu)買(mǎi)的激光器增益帶寬較小，而另一種過(guò)渡超出了該帶寬，那么你就必須購(gòu)買(mǎi)另一種激光器來(lái)解決該問(wèn)題。"
激光的強(qiáng)度通過(guò)晶體表面的一系列渦流增加 （圖源：Joshua Lang 等人，《自然》雜志）
楊和他的同事還創(chuàng)建了一家名為 Brightlight Photonics 的公司，以實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。
" 我們真正看到的第一個(gè)機(jī)會(huì)是學(xué)術(shù)研究市場(chǎng)，" 楊說(shuō)。" 作為研究人員，我們知道對(duì)激光器的需求。我們知道我們能提供的產(chǎn)品比目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品好得多。"
雖然楊不愿意透露具體價(jià)格，但他表示這將取決于內(nèi)置的功能，但肯定會(huì)比目前的 Ti:Sa 激光器低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
微型激光器可用于量子計(jì)算機(jī)——有助于在此過(guò)程中使量子計(jì)算機(jī)變得更小。楊說(shuō)，它們還可以徹底改變光遺傳學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家利用大腦內(nèi)部引導(dǎo)的光來(lái)控制神經(jīng)元；目前，他們使用的是粗光纖技術(shù)。最后，微型鈦釔激光器可用于激光手術(shù)。
這一切都依賴(lài)于楊和他的同事成功地進(jìn)一步小型化和大規(guī)模生產(chǎn)該技術(shù)，以便數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)激光器可以安裝在一個(gè)四英寸的晶圓上。
然而，楊對(duì)成功充滿(mǎn)信心，他說(shuō)他相信第一臺(tái)面向?qū)W術(shù)用戶(hù)的 " 可調(diào)激光器 " 將在兩年內(nèi)上市銷(xiāo)售。他補(bǔ)充說(shuō)：" 這些微型激光器的潛在應(yīng)用非常廣泛，誰(shuí)知道五年后我們會(huì)在哪里呢？"
