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垂直發射激光器的拓撲陣列的藝術圖。圖片來源：德國維爾茨堡大學/Christian Kroneck

以色列和德國的研究人員已經開發出一種方法，能使一組垂直腔激光器作為單個激光器一起工作，組成一個沙粒大小的高效激光網絡。近日，相關論文刊登于《科學》。

手機、汽車傳感器或光纖網絡中的數據傳輸都在使用所謂的垂直腔表面發射激光器（VCSEL）。雖然被廣泛使用，但VCSEL設備的尺寸只有幾微米，這對它能產生的輸出功率設定了嚴格的限制。多年來，科學家們一直試圖通過將許多微小的VCSEL設備組合在一起，充當一個相干激光器，來提高這些設備發出的功率，但收效有限。

研究人員表示，2015年，當他們開始研究拓撲絕緣體激光器時，沒有人相信這是可能的，因為當時已知的拓撲概念僅限于那些沒有也不可能有增益的系統。但是所有的激光器都需要增益。所以拓撲絕緣體激光器與當時已知的一切都是對立的。

但該團隊利用了拓撲光子學的概念與垂直發射光的VCSEL，而拓撲過程負責相干和鎖定的VCSEL設備存在于芯片平面。最終的結果是一個強大但非常緊湊和高效的激光器，不受許多VCSEL發射器的限制，不受缺陷或改變溫度的干擾。

“這種激光器的拓撲原理一般適用于所有波長，因此適用于各種材料。”德國維爾茨堡大學教授Sebastian Klembt說。

這項開創性研究表明，實際上從理論上和實驗上都可以將VCSEL組合在一起實現更強、更高效的激光器。因此，該結果為許多未來技術的應用鋪平了道路，如醫療設備、通信等應用。