激光器的内部运作来源自物理学领域，但激光的确已经“走入”了人们的日常生活。收营员给顾客结账商品时，需要用扫描枪对准商品的条形码标签；这个时候，顾客可能使用手机正在与朋友聊天，或者上网搜索COVID-19最新的统计数据，以上这些都有激光技术的参与。

激光发射特定波长的强光。在一个波长下，激光束在设计电路的计算机芯片上蚀刻图案。在电信波长段，激光通过光纤发射大量数据，使我们进入信息时代。

2017年，加利福尼亚大学圣地亚哥分校Boubacar Kante博士发明了一种新型激光器，当年被专业期刊Physics World评为年度突破性发明之一。在Bakar Fellows资金资助下，Kante制造了新激光器的原型，并展示其在从显微外科到卫星遥测的一系列应用中的潜力。

问：激光有很多应用，从微观到宏观。它们在当今的经济中扮演着多大的角色？
答：激光器是一个拥有10-200亿美元的市场。比如疫情期间，许多公司的会议通过Zoom实现，激光脉冲通过光纤以光速来回传输，此时它们可以携带更多的数据并且比任何其他通信模式都快。另外，激光在医疗行业的实际应用包括白内障手术中的组织切除。在工业领域，激光则是推进无人机和自动驾驶汽车导航的关键技术。

问：您的发明会给激光器的功能增加了什么？
答：它们比典型的激光器小数千倍，小到只有头发丝的宽度，但能够发射大量的能量。这种新型激光器更紧凑、更轻。如果传输设备变得更小，那么信息传播距离就会更短，传播速度也会更快。因此，激光器工作所需的能量更少、更节能。

问：还有哪些其他特性使这种新激光技术更有用？
答：通常当设备变得更紧凑时，往往会失去一些功能。但我们研发的激光器恰恰相反。激光以精确的波长发射光束，把它们想象成不同的颜色，而且由于高精度，波长可以紧密排列。大多数激光器仅发射一种波长的光。但是新发明的激光器允许激光“调谐”（tuned）到不同的波长。众所周知，这可以提高网络的灵活性和容量。波长可调性也可用于计量和传感领域。

同时，新的激光器还可以控制激光束，即改变光发射的角度。目前，当卫星或无人驾驶汽车或无人机需要将激光束指向不同方向时，必须机械地转动激光。这自然会限制速度并使系统体积庞大。我们正在开发的激光器可以在不旋转系统的情况下发光，并且可以通过电子方式进行角度调谐。因此，激光器质量轻，非常紧凑，波长和方向均可调谐。与当前的机械控制激光器相比，它具有能源效率并且大规模制造成本更低。

问：请解释一下新激光器的多功能性？
答：本质上，类似于微波炉的工作原理，激光是从盒子中发出光束。为了增强光的强度，人们制造了激光束，同时光被长时间限制在盒子内部。我们发明了一种不同的方法以控制光的强度增加，允许精确波长的光通过至少两个通道从盒子中逸出。当逃逸波相互作用时，它们可以相互抵消，这称为破坏性干扰。逃逸的光叠加之后相互抵消，最后归零。
我们制作了一个独特的空腔，这种捕波机制的多功能性使激光器重量轻、波长可调和可控。

问：您现在需要采取哪些步骤才能从发明阶段转变为商业仪器？
答：将发现推入制造阶段的技术成本非常高。Bakar Fellows的资助将使我们能够在加州伯克利分校的Marvell Nanofabrication实验室制造原型。它包括一个“洁净室”，过滤掉灰尘和气溶胶颗粒等污染物。希望两三年后，我们的发明会引起企业关注。

延伸阅读
2017年，加利福尼亚大学圣迭戈分校物理学家Boubacar Kante和他的同事在《科学》杂志杂志上刊登他们关于“拓扑腔”（topological cavities）的研究成果。传统的激光腔通常只能做成环形，这会降低芯片空间的使用率。Kante团队研制的基于拓扑绝缘体原理的新型激光腔通过在新型激光腔上添加磁场，可以自由控制激光方向。

环形激光腔带来的结果是，如果工程师想要在一块芯片上放置多个激光器，比如用于光学通信和计算，那么环之间的大量可用空间会浪费掉。当时，Kante所在的研究小组通过研发一种拓扑腔结构克服这个形状上的局限。
在Kante研发的系统中，一个光子晶体位于另一个不同的光子晶体中，而两种不同晶体接触形成的界面就是激光腔。晶体就位后，研究团队在上面施加磁场，使系统变成了一种拓扑绝缘体的光学等价物，拓扑绝缘体内部由绝缘材料构成，但电能沿着材料的表面传导。在一个光子晶体拓扑绝缘体中，光线的流动被约束在晶体结构接触的表面。改变磁场信号就能改变光线发射的方向。

新设备的直接应用价值是工程师能在一块芯片内更密集地安置激光器，从而使得光通信变得更加高速。而拥有新的控制光线的技术最终可能有助研发出新型的光子器件，为全光学计算机的产生铺平道路，这将比现在的计算机更快、更节能。