哈佛研发芯片大小的超强激光，照亮 “隐形世界”!

哈佛大学的物理学家们取得了一项重大突破，成功研发出一款芯片大小的新型激光器。别看它个头小，能量可不容小觑，它能在中红外光谱范围内发射出明亮的超短脉冲光，这一成果有望在环境监测、医疗诊断等多个领域掀起变革。

这款激光器由哈佛大学约翰・A・保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的团队打造，相关研究成果发表在《自然》杂志上。它是首个无需任何外部组件的片上皮秒中红外激光脉冲发生器，能产生光学频率梳，这在高精度测量领域应用广泛。简单来说，它把原本大型系统的功能集成到了小小的芯片里。

中红外光谱在科学研究和实际应用中都非常重要，但此前想要实现这个波段的激光技术颇具挑战。很多气体分子，像二氧化碳、甲烷等，对中红外光有很强的吸收能力，所以这个波段的光在监测环境气体方面作用巨大。上世纪 90 年代，本次研究的资深作者费德里科・卡帕索就曾开创量子级联激光技术用于此领域。而这次新研发的激光器，能在一个设备中检测出多种气体的吸收特征，为制造能产生数千种不同光频率的超连续谱光源迈出了关键一步。

量子级联激光器是实现这项技术的核心，但它一直很难产生脉冲。以往基于量子级联激光器的中红外脉冲发生器，不仅需要复杂的装置和众多分立的硬件组件，输出功率和光谱带宽也受限。

哈佛团队巧妙地将非线性集成光子学和集成激光器的多种理念融合到一个装置中，受克尔微谐振器的启发，成功产生了一种特殊的皮秒光脉冲 —— 孤子，避开了传统的锁模技术。

这款激光器还有个很大的优势，它能持续稳定地产生脉冲长达数小时，而且可以利用现有的工业制造工艺进行大规模生产，这大大加快了它走向市场的步伐。它由环形谐振器、驱动环形谐振器的片上激光器以及作为滤波器的第二个有源环形谐振器组成，芯片在维也纳工业大学制造。

该研究由美国国家科学基金会和美国国防部资助，是哈佛大学、维也纳工业大学、意大利研究团队以及莱昂纳多 DRS 日光解决方案公司合作的成果。研究人员表示，这项技术将为中红外光谱学领域带来重大变革，在环境监测、工业过程控制、生命科学研究和医疗诊断等市场前景广阔。哈佛大学技术开发办公室已对相关创新成果进行保护，并探索商业合作机会。未来，这款小小的芯片激光器或许会给我们的生活带来意想不到的改变。

参考资料：DOI： 10.1038/s41586-025-08853-y