哈佛大學的物理學家們取得了一項重大突破，成功研發出一款芯片大小的新型激光器。別看它個頭小，能量可不容小覷，它能在中紅外光譜范圍內發射出明亮的超短脈沖光，這一成果有望在環境監測、醫療診斷等多個領域掀起變革。

這款激光器由哈佛大學約翰?A?保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的團隊打造，相關研究成果發表在《自然》雜志上。它是首個無需任何外部組件的片上皮秒中紅外激光脈沖發生器，能產生光學頻率梳，這在高精度測量領域應用廣泛。簡單來說，它把原本大型系統的功能集成到了小小的芯片里。

中紅外光譜在科學研究和實際應用中都非常重要，但此前想要實現這個波段的激光技術頗具挑戰。很多氣體分子，像二氧化碳、甲烷等，對中紅外光有很強的吸收能力，所以這個波段的光在監測環境氣體方面作用巨大。上世紀 90 年代，本次研究的資深作者費德里科?卡帕索就曾開創量子級聯激光技術用于此領域。而這次新研發的激光器，能在一個設備中檢測出多種氣體的吸收特征，為制造能產生數千種不同光頻率的超連續譜光源邁出了關鍵一步。

量子級聯激光器是實現這項技術的核心，但它一直很難產生脈沖。以往基于量子級聯激光器的中紅外脈沖發生器，不僅需要復雜的裝置和眾多分立的硬件組件，輸出功率和光譜帶寬也受限。

哈佛團隊巧妙地將非線性集成光子學和集成激光器的多種理念融合到一個裝置中，受克爾微諧振器的啟發，成功產生了一種特殊的皮秒光脈沖 —— 孤子，避開了傳統的鎖模技術。

這款激光器還有個很大的優勢，它能持續穩定地產生脈沖長達數小時，而且可以利用現有的工業制造工藝進行大規模生產，這大大加快了它走向市場的步伐。它由環形諧振器、驅動環形諧振器的片上激光器以及作為濾波器的第二個有源環形諧振器組成，芯片在維也納工業大學制造。

該研究由美國國家科學基金會和美國國防部資助，是哈佛大學、維也納工業大學、意大利研究團隊以及萊昂納多 DRS 日光解決方案公司合作的成果。研究人員表示，這項技術將為中紅外光譜學領域帶來重大變革，在環境監測、工業過程控制、生命科學研究和醫療診斷等市場前景廣闊。哈佛大學技術開發辦公室已對相關創新成果進行保護，并探索商業合作機會。未來，這款小小的芯片激光器或許會給我們的生活帶來意想不到的改變。

參考資料：DOI： 10.1038/s41586-025-08853-y