近日，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）研究团队突破了量子级联激光器（QCL）的阈值功耗纪录，将纪录拉低了超过40%。但该研究最大的学术亮点不在于此，而是发现了一个新的、违反直觉的物理现象，将激光器的功率和功耗同时优化。

　　1月11日，这项研究发表在《自然-通讯》上。这篇文章的第一作者王智鑫是ETH的博士生（已毕业），也是一名来自中国山西的年轻人。值得一提的是，他还是这篇论文的通讯作者。一个博士生被列为通讯作者，体现了他在这项研究中的贡献。

　　审稿人认为，作者采用的降低中红外QCL功耗的解决方案是原创的，论文又紧凑又好。

　　围绕降低功耗开脑洞

　　QCL是中红外波段主流的激光器类型。但高功耗一直制约其广泛应用。怎么降低QCL的功耗呢？

　　2019年底，王智鑫的导师、ETH物理学教授杰罗姆·法斯特（Jér?觝me Faist）让他去研究这个新课题。一方面要把器件尺寸尽量做小；另一方面尽可能减少器件的能量损耗。但这两个目标是冲突的，因为QCL的器件变小，会增大损耗。

　　当时，王智鑫在ETH读博已有3年，正在考虑毕业事宜，对新课题的领域，他并不太熟悉。更糟糕的是，赶上新冠疫情，实验室的使用也受到干扰。在接下去的半年时间里，研究没有任何进展，王智鑫整个人“很崩溃，也很沮丧”。

　　但研究思路一直在他的脑中萦绕。终于，王智鑫想到，不如回到最基础的方向去试一下。

　　QCL的核心部分是一个腔体。理想情况下，最简单的低损耗腔体就是两面平行、相对的镜子，光在其中来回反射，如果“跑”不出去又没有被吸收，损耗就是零。为了让这两面镜子的反射率最大，镜面都镀上了金。

　　经镀金处理的实验器件，长度短至250微米，功耗低至300毫瓦；而一般QCL的长度是4毫米左右，功耗约10瓦。显然，第一步成功了——功耗显著降低。

　　但这一设计有一个致命的问题——由于两面都镀金，光根本“跑”不出来。没法用，怎么办？