微型环形激光器的技术突破：哈佛科学家解决波长调谐难题

十大品牌 2025年07月17日 19:30 0 aa

哈佛大学工程与应用科学学院的研究人员与维也纳科技大学合作，开发出一种革命性的半导体激光器，该设备能够在芯片级尺寸内实现广泛且精确的波长调谐。这一技术突破有望在电信、医疗和工业检测等多个领域带来重大变革，解决了困扰激光技术数十年的核心难题。

可调谐激光器在现代科技中扮演着至关重要的角色，从高速数据传输到医疗诊断，再到天然气管道泄漏检测，都需要能够精确调节输出光波长的激光设备。然而，传统的激光系统往往面临着无法兼顾的技术矛盾：具有宽波长范围的激光器通常精度较低，而能够精确调谐至特定波长的激光器则往往依赖复杂的机械组件，成本高昂且稳定性差。

哈佛大学应用物理学教授费德里科·卡帕索与维也纳科技大学的本尼迪克特·施瓦茨教授共同领导了这项研究。卡帕索在1994年共同发明了量子级联激光器，为这一领域的发展奠定了基础。他表示："这个新平台的多功能性意味着类似的激光器可以在更具商业价值的波长上制造，例如用于电信应用、医疗诊断或任何在可见光谱范围内发射的激光器。"

艺术家对新型可调谐环形激光器的插图。图片来源：Joshua Mornhinweg

创新设计的技术原理

这种新型激光器的核心创新在于其独特的环形结构设计。该设备由多个微型环形激光器组成，每个环的尺寸略有不同，并且都连接到同一个波导上。每个环发出不同波长的光，通过调节电流输入，激光器可以在不同波长之间平滑调谐。

哈佛大学研究员西奥多·莱苏解释说："通过调整环的尺寸，我们可以有效地针对任何我们想要的谱线和任何我们想要的激光频率。来自每个激光器的所有光都通过同一个波导耦合并形成相同的光束。这非常强大，因为我们可以扩展典型半导体激光器的调谐范围，并且可以使用不同的环半径来针对单个波长。"

这种设计的巧妙之处在于其简洁性和有效性。环形结构确保激光器一次只发射一个波长，即使在恶劣环境中也能保持稳定，并且易于扩展。这些环可以单独工作或协同工作以产生更强的光束，为不同应用场景提供了灵活性。

制造工艺与稳定性优势

维也纳科技大学的研究生约翰内斯·福希斯贝格强调了这项技术的制造优势："我们的激光器真正出色的地方在于制造的简单性。我们没有机械可移动部件，制造方案简单，占地面积小。"研究团队利用维也纳科技大学微纳结构中心的洁净室设施制造了这些设备，展示了其工业化生产的可行性。

这种激光器的独特架构还能够防止光反馈等常见问题。当激光光被反射回光源时，可能导致系统不稳定。由于新激光器的环形结构单向发射（顺时针或逆时针），不存在反射的可能性，从而大大提高了系统的稳定性。

目前，研究团队首先在中红外波长范围内展示了这种激光器，因为这是量子级联激光器通常发射的范围。然而，这种设计的多功能性使其能够适应更广泛的应用需求。

市场应用前景

这种新型环形激光器有望取代目前多种类型的可调谐半导体激光器，每种现有技术都有其优势和局限性。例如，分布式反馈激光器能够产生平滑且准确的光束，因此在电信光纤中用于远距离传输光信号，但其调谐范围较窄。

相比之下，外腔激光器具有更宽的调谐范围，但设计更复杂且包含移动部件，这使得其激光线容易跳跃。这些激光器通常用于检测管道泄漏的气体传感器，因为它们能够检测甲烷和二氧化碳等在特定波长下吸收光的气体。

新型环形激光器的出现为解决这些技术权衡提供了新的可能性。它结合了宽调谐范围、高精度、结构简单和成本效益等优势，有望在多个应用领域实现技术突破。

在电信领域，这种激光器可以实现更高效的数据传输和更灵活的网络配置。在医疗诊断方面，精确的波长控制能够提高检测精度和扩展应用范围。在工业监测中，其稳定性和可靠性将大大提高气体检测的准确性和效率。

商业化前景

研究团队已经与哈佛大学技术发展办公室和维也纳科技大学专利许可管理办公室合作，保护相关知识产权，目标是在未来将这一概念商业化。这种跨国合作模式不仅加速了技术发展，也为其商业化应用奠定了坚实基础。

该研究得到了美国国防部和国家科学基金会的资助，体现了政府对这一技术的重视。随着进一步的研发和优化，这种微型环形激光器有望在未来几年内实现商业化生产，为相关行业带来技术革新。

火爆预订中！三星Z Fold7将于7月22日发货 AI升级巨大

三星Z Flip7预售人气高涨！7月17日前预订可优先发货

发表评论

微型环形激光器的技术突破：哈佛科学家解决波长调谐难题

火爆预订中！三星Z Fold7将于7月22日发货 AI升级巨大

三星Z Flip7预售人气高涨！7月17日前预订可优先发货

热门文章

最新文章