《激光制造网》获悉，近期，由斯坦福大学电气工程学教授Jelena Vučković领导的研究团队在《Nature》发表一项创新研究——他们成功研发出了全球首款实用的芯片级钛蓝宝石激光器（Titanium:sapphire）。与以往生产的任何钛蓝宝石激光器相比，斯坦福大学的研究团队通过技术创新，将钛蓝宝石激光器的体积小了四个数量级（10,000 倍），成本低了三个数量级（1,000 倍），在规模、效率和成本方面实现了巨大飞跃。
钛蓝宝石（Ti:sapphire）激光器被认为具有“无与伦比”的性能。它们在许多领域都不可或缺，包括尖端的量子光学、光谱学和神经科学。但是，这种性能的实现需要付出高昂的代价。钛蓝宝石激光器体积庞大，大约有一立方英尺；它们价格昂贵，每台售价数十万美元；它们还需要其他高功率激光器为其提供足够的能量，才能正常工作。因此，直到现在，钛蓝宝石激光器也从未在现实世界中得到应有的广泛应用。
钛蓝宝石激光器示意图
从技术角度讲，钛：蓝宝石激光器之所以如此珍贵，是因为它们拥有所有激光晶体中最大的 "增益带宽"。简单地说，增益带宽意味着与其他激光器相比，这种激光器能产生的颜色范围更广。杨说，它还具有超快的速度。光脉冲每四分一秒发出一次。
但钛蓝宝石激光器也很难获得。即便是从事尖端量子光学实验的Vučković实验室，也只有几台这种珍贵的激光器可供分享。新型钛蓝宝石激光器安装在以平方毫米为单位的芯片上。如果研究人员能在晶片上批量生产这些激光器，就有可能在一个手掌大小的圆盘上挤出数千甚至上万个钛蓝宝石激光器。
为了制造这种新型激光器，研究人员首先在二氧化硅（SiO2）平台上制作了一层钛蓝宝石，所有这些都位于真正的蓝宝石晶体之上。
然后，他们对钛蓝宝石进行研磨、蚀刻和抛光，使其成为极薄层，厚度仅为几百纳米。然后，他们在这层薄薄的钛蓝宝石上绘制一个由微小脊线组成的漩涡图案。这些脊就像光导纤维一样，引导着光线绕来绕去，不断增强强度。事实上，这种图案被称为“波导”。
拼图的其余部分是一个微型加热器，它可以加热通过波导的光线，使研究团队能够改变发射光线的波长，从而调整光线的颜色，波长在700到1000纳米之间，从红色到红外。
令研究团队感到兴奋的是这种激光器可能影响的一系列领域。研究人员表示，新型芯片级钛蓝宝石激光器很轻，价格低效率高，便于携带，没有移动部件，且可以大规模生产，这些特性将使钛蓝宝石激光器平民化，这也使之能够用于许多不同的重要应用。
在量子物理学领域，这种新型激光器提供了一种廉价而实用的解决方案，可以大大缩小最先进量子计算机的规模。
在神经科学领域，研究人员可以预见它在光遗传学中的直接应用，该领域允许科学家用相对笨重的光纤在大脑内部引导光线来控制神经元。研究人员表示，小型激光器可能被集成到更紧凑的探针中，开辟新的实验途径。
而在眼科领域，它可能与获得诺贝尔奖的啁啾脉冲放大技术一起在激光手术中找到新的用途，或者提供更便宜、更紧凑的光学相干断层扫描技术，用于评估视网膜健康状况。
下一步，该团队将致力于完善芯片级钛蓝宝石激光器，并研究如何在晶片上批量生产这种激光器，一次可生产数千台。
