哈佛研發晶片級雷射 開啟環境監測新紀元

哈佛大學物理學家成功開發出一款革命性的晶片級雷射裝置，能夠發射高強度的中紅外線脈衝光。這項突破性技術將大幅提升氣體偵測能力，並為光譜分析工具開創全新可能。

這款微型裝置整合了先進光子學設計與量子級聯雷射技術，無需任何外部元件即可運作。其獨特之處在於能同時偵測數千種光頻率，預計將對環境監測與醫療診斷領域帶來革命性變革。

研究團隊由哈佛約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的費德里科·卡帕索教授領軍，這項成果已於4月16日發表在《自然》期刊。這是全球首款能在單一晶片上產生皮秒級中紅外線脈衝的雷射裝置，並能生成光學頻率梳——這種由等間距頻率組成的光譜，在高精度測量領域具有廣泛應用。

這項技術突破的關鍵在於量子級聯雷射技術，該技術透過堆疊不同奈米結構半導體材料來產生中紅外線相干光束。研究團隊創造性地借鑒了克爾微諧振器的設計概念，成功繞過傳統的鎖模技術限制，開發出能產生孤子脈衝的創新裝置。

共同第一作者德米特里·卡扎科夫表示：「這是邁向超級連續光源的重要一步，未來有望在單一晶片上產生數千種不同頻率的光。」這項技術不僅能長時間穩定運作，更重要的是能利用現有半導體製程進行量產，大幅加速商業化程序。

參與研究的維也納科技大學本尼迪克特·施瓦茨教授指出：「這項成果最重大的意義在於證明瞭我們具備製造和操作多元件架構的能力，這在中紅外線整合光子學領域一直是重大挑戰。」

這項研究獲得了美國國家科學基金會和國防部的資助，並與多個國際團隊合作完成。哈佛大學技術開發辦公室已著手保護相關創新技術，並積極探索商業化機會。

業界專家預測，這項突破性技術將在環境監測、工業製程控制、生命科學研究和醫療診斷等領域帶來革命性變革，開啟中紅外線光譜學的新紀元。