洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员研制出一种芯片级蓝光激光器，兼具稳定发光和快速频率控制能力，为水下通信、环境传感和量子技术开辟了新可能。
蓝光有一些很有用的特性：相比当今光通信系统广泛使用的红外光，蓝光更容易穿过水；而遇到空气中的微小颗粒时，它又会强烈散射。因此，蓝光激光器在水下通信、污染监测和科学仪器中颇具吸引力。
不过，这些应用都要求对激光进行精确控制。例如，频率既要稳定到足以把有用信号与背景噪声区分开，又要在需要传输信息或进行测量时快速变化。
现有的蓝光激光系统往往依靠笨重的光学元件来实现这种精度。要把这些元件缩小到光子芯片上却并不容易；光子芯片通过微结构导引和控制光。在蓝光波段，这些结构里即使很小的瑕疵也会散射光并降低性能。
让蓝光在芯片上保持稳定
由EPFL的Tobias J. Kippenberg和Simone Bianconi领导的研究团队如今研制出一种紧凑型蓝光激光器，解决了这些难题。相关成果发表于《自然·光子学》，该器件兼具低噪声运行和频率快速电子控制。
研究人员把一台常规蓝光激光器连接到含微型环的芯片上。微环会选出特定频率的光，并把一部分光反馈回激光器，帮助其产生更稳定的光束。
为减少光损耗，团队把芯片的导光结构做得极薄，只有25纳米厚。他们还加入了氮化铝制成的元件；这种材料在施加电压时会改变形状，产生微小机械应力，从而改变光在环中的传输方式，使研究人员能够快速调节激光频率。
最终制成的激光器工作波长约为461纳米。其中一种配置能产生异常稳定的蓝光，线宽低于30千赫兹；线宽衡量的是激光器维持频率的精确程度。另一种配置则让研究人员能在超过900兆赫的范围内调节频率，并且每秒最多可重复调节100万次。
从水下通信到烟雾检测
随后，研究人员测试了两个潜在应用。首先，他们把EPFL标志的数字图像编码为激光频率的变化，借此通过30厘米高的水柱传输信息。接收系统成功重建了图像，验证了利用该器件进行水下通信的原理。
在第二项实验室实验中，研究人员用这种激光器检测空气中的蜡烛烟雾。烟雾使检测信号发生了明显变化；而在可比条件下，一台工作波长为1550纳米的红外激光器没有出现可检测的变化。这些结果说明该蓝光激光器对空气中的颗粒物很敏感，不过实验并未测量颗粒物的浓度。
这些演示表明，紧凑型蓝光激光器有望支撑未来的水下通信系统以及监测空气中颗粒物的仪器。其精确的频率控制也让这项技术与原子钟和量子计算产生关联——在这些领域，稳定的蓝光不可或缺。
相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-026-02040-9