光子晶片突破二十年瓶頸，EPFL將飛秒雷射微縮進晶片，開啟精密光學新時代

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳發表於 2026年6月11日

圖、光子晶片突破二十年瓶頸，EPFL將飛秒雷射微縮進晶片，開啟精密光學新時代

近年來，隨著人工智慧、高速通訊與精密感測需求快速成長，光子技術的重要性持續提升。其中，能夠產生飛秒等級超短脈衝的超快雷射，被視為現代光學領域最重要的核心工具之一，廣泛應用於精密加工、眼科手術、光譜分析及光學原子鐘等高階領域。然而，受限於體積龐大、成本高昂及系統複雜等因素，超快雷射長期停留在實驗室與專業設備市場，難以大規模普及。如今，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）最新研究成果，為這項技術帶來重要轉折。

EPFL研究團隊日前於《Nature》發表成果，成功開發出首款可與傳統桌上型飛秒雷射媲美性能的積體晶片級超快雷射(integrated chip-scale ultrafast laser)。該元件可直接在光子晶片上產生脈衝寬度僅147飛秒(femtosecond, fs)、能量達1.05奈焦耳(nanojoule, nJ)的雷射脈衝，不僅突破積體光子學領域長達二十年的技術挑戰，也被視為推動光學系統微型化的重要里程碑。

所謂光子晶片，是透過奈米尺度波導結構控制與傳輸光訊號的半導體元件，其運作原理類似電子晶片傳輸電流。過去光子晶片已成功應用於光通訊與資料傳輸領域，但要在有限空間內穩定產生高能量飛秒脈衝，始終面臨非線性效應導致雷射失穩的挑戰，因此被產業界視為積體光子學(integrated-photonics)的聖杯。

為解決此問題，研究團隊採用過去較少受到關注的Mamyshev振盪器架構。該設計透過非線性波導與兩組不同頻譜濾波器的組合，讓高強度雷射脈衝在傳輸過程中產生光譜展寬，進而通過濾波器持續循環放大；反之，較弱且不穩定的光訊號則會被過濾排除。這種機制有效提升雷射穩定性，同時避免複雜製程需求，特別適合導入摻鉺氮化矽光子平台。

研究團隊指出，光子晶片中的光波導尺寸極小，使光與光之間的非線性交互作用大幅增加。在許多傳統架構中，這種效應容易導致脈衝失穩甚至崩潰，但Mamyshev架構反而能利用這些特性維持穩定運作，展現高度相容性與工程實用性。這也使其成為未來高功率積體光子元件的重要設計方向。

在尺寸方面，該雷射系統原本需要長達42公分的光路結構，如今可摺疊整合至火柴頭大小的晶片面積中，大幅縮減設備體積。更重要的是，由於光子晶片可採用類似半導體晶圓製造方式量產，未來單一晶圓有機會同步生產超過一千組雷射元件，不僅提升產能，也有望顯著降低成本。

從應用面來看，具備千瓦(kW)級峰值功率的晶片雷射將有機會進入過去只能仰賴大型實驗室設備的市場，包括環境污染監測、精密光譜分析、材料缺陷檢測及醫療診斷等領域。此外，其與光學頻率梳技術的結合，也可望推動新一代小型化光學原子鐘發展，進一步支援未來高精度通訊、導航與定位系統。

此次突破不僅代表超快雷射正式邁向晶片化與量產化階段，也反映積體光子學正逐步複製半導體產業的發展路徑。隨著高性能光學元件逐步朝向低成本、微型化與大規模製造發展，未來光子晶片有望成為繼電子晶片之後的新一波關鍵基礎技術，為精密量測、醫療科技、智慧感測及次世代通訊市場帶來深遠影響。(1131字；圖1)

參考資料：
After 20 years, scientists finally shrink a powerful laser onto a chip. Science Daily, 2026/6/4
High-pulse-energy integrated mode-locked laser using a Mamyshev oscillator. Nature, 2026/6/3
The Laser That Once Filled a Lab Now Fits on a Tiny Chip. SciTechDaily, 2026/6/8
Scientists shrink lab-grade ultrafast laser on a single chip for making atomic clocks. Interesting Engineering, 2026/6/3

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