20年后，科学家终于把“超强激光器”缩小到芯片上

超快激光器（如飞秒激光器）在精密测量、光谱分析和医学成像中至关重要，但长期以来依赖占据整张光学平台的大型、昂贵系统。如今，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）托比亚斯·基彭贝格教授团队取得重大突破：他们在《自然》杂志上报道了全球首个集成式超快激光器芯片，性能媲美传统台式飞秒激光器——单脉冲能量达1.05纳焦，脉冲宽度短至147飞秒。该芯片基于氮化硅-铒掺杂光子集成电路，利用微米级波导引导和调控光信号，原理类似电子芯片处理电流。研究团队创新性地采用曾被忽视的‘马米舍夫振荡器’结构：在两个透射不同波段的光学滤波器之间嵌入非线性波导；强激光脉冲在其中展宽光谱后可同时通过双滤波器、持续在腔内循环；而弱光因展宽不足则被滤除，从而自动实现稳定锁模。这一设计无需难于集成的特殊元件，且对光子芯片中不可避免的强非线性效应具有天然鲁棒性。整个激光谐振腔物理长度达42厘米，但通过折叠布线，仅占约火柴头大小的芯片面积；借助与半导体晶圆工艺兼容的大规模制造技术，单次流片即可产出超千个激光器，大幅降低成本。该芯片峰值功率可达千瓦级，未来可支撑便携式环境污染物检测仪、工业无损探伤设备、 bedside 医疗诊断工具，甚至为小型化光学原子钟奠定基础，助力下一代通信与导航系统。本研究由EPFL电气与微工程研究所与德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）合作完成。