尖端雷射學　全球第一個實用鈦藍寶石晶片雷射器問世

編譯／高晟鈞

史丹佛大學的工程師完成了一次從桌面到微觀尺度的一次飛躍，製造出了世界上第一個實用的鈦藍寶石晶片雷射器，在規模、效率和成本方面都取得了巨大收穫。

昂貴的鈦藍寶石雷射器

鈦藍寶石製成的雷射具有獨特且無與倫比的性能，在許多領域都是不可或缺的，包括量子光學、光譜學和神經科學。從技術角度來說，鈦藍寶石雷射具有雷射晶體中最大的「增益頻寬」，可以產生更廣泛的色彩範圍。此外，它的光脈衝速度更是達到了每次萬億分之一秒。

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然而，這種性能的代價卻十分昂貴，一台鈦藍寶石雷射的體積除了達到數立方英尺，每台售價更是超過十萬美元（約300萬台幣）。不只如此，它還需要其他高功率雷射（每台約台幣90萬元）提供足夠的能量發揮作用。

因此，鈦藍寶石雷射從未真正地被廣泛採用。如今史丹佛大學在晶片上所建構的鈦藍寶石雷射，比迄今為止的所有雷射小在體積上了至少一萬倍，造價更是便宜了一千倍，只需要約三千台幣左右。

而倘若工程師們可以在晶圓上大規模生產這些雷射，那這種便攜式、便宜且高效的雷射晶片將造福廣大的科學家、醫生與工程師們。

晶片化的秘密

研究團隊首先在二氧化矽（SiO₂）平台上放置了一層鈦藍寶石，將其進行研磨、蝕刻與拋光，直到厚度達到數百奈米。隨後，他們在奈米級鈦藍寶石層上刻畫了由一個微小脊線組成的漩渦狀波導。漩渦狀的波導圖案有助於引導光線傳播，增強光線強度。

強度其實就單位面積的功率，因此當保持與大型雷射相同的功率，並縮小雷射集中的區域，就能得到更高的強度。最後，研究團隊還搭載了一個微型加熱器，可以加熱穿過波導的光，從而改變光的波長，調整700到1,000奈米之間的光顏色（紅光到紅外光）。

新型雷射提供了一種廉價且實用的解決方案，有望大幅推進量子電腦、眼科手術、掃描技術、神經科學等多個領域的研究。接下來，研究團隊將致力於研究在晶圓上批量生產雷射的方法，努力將其推向市場。

資料來源:Innovations

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